专利名称：高速轨道交通的轨道结构的制作方法
技术领域：
本发明与轨道交通有关，是一种应用于现代高速轨道交通，特别适用于磁悬浮高速轨道交通的轨道结构。
背景技术：
轨道梁横跨在两个支墩之间，一段接一段地构成整条线路。由于磁悬浮列车等现代高速轨道交通系统在高速运行时，系统对线路结构有异常高的精度要求，要求线路在温差、活动载荷等的作用下的变形和挠度应控制在很小的范围内。由温差或活动载荷引起的轨道梁的挠曲或上拱在传统的桥梁中是不成问题的，而对现代高速交通的有轨车辆的行驶轨道而言，特别是磁悬浮轨道中，这些温差或活动载荷引起的微小变形会影响列车的高速运行。
通过计算可以知道，连续梁在结构性能上与其等截面的两根简支梁相比，在控制温差或活动载荷引起的变形方面具有优越性。但由于连续梁结构的轨道梁一般要通过预制制造再架设的方式施工。由于自身尺寸和重量的巨大，同时由于多跨连续梁属多点支承的外部超静定结构，在运输及吊装过程中必须始终保持多点支承的状态，并且其任一支点的相对变位均要控制在较小的范围，才能保证梁本身的安全，否则在整个施工过程中很容易造成整根梁的破坏。因此在线路施工时不仅要在沿线平行修筑高等级的运梁专用道路，同时还要配备多点支承的运梁专用台车及同步多点起吊的专用吊装设备，给制造、加工、运输、安装和定位带来很大的困难，大大增加了制作和施工成本。
在温差作用下，连续梁在中间墩无论是竖直方向还是水平方向的支座反力一般要比简支梁的支座反力大许多。从高架基础的结构来说，其抵抗竖向反力的性能较好，竖直反力的增大对下部基础造价的增加影响不敏感，而抵抗水平反力的能力往往较差，每一次上部结构引起的水平反力的较小增加都会造成下部基础用材大量增加。这对软土地基的情况尤其如此。
虽然专利DE19936756也提出了将若干段简支形式的轨道梁连接成连续梁的方法。如图1所示。DE19936756的方法是将若干段简支梁连成无论在垂直方向还是水平方向均为完全连续的梁，即连成一根真正连续的梁。因此这样的结构形式无法克服连续梁中间墩水平方向的支座反力过大的缺点，也无法达到降低下部结构基础造价的目的。
另外专利DE19936756在两梁段的连接定位时采用了预埋导向螺钉和齿状结构的方式。由于导向螺钉和齿状结构均是在混凝土浇注前预埋定位或浇注时成形的，即使采用两相邻梁段同时浇注的方式，也只能保证相邻梁段之间相对混凝土构件位置的对齐，而对于磁悬浮或其他高速轨道交通线路结构而言，其空间位置的精确定位指的是轨道各功能面之间相位位置的连续对齐。而这些功能面是在轨道梁的混凝土主体部分预制完成后，再对连续件和功能面进行后续机加工和精装配后确定的。对轨道梁原构件尺寸已通过消减或补装材料的方式进行了校正。最终完成后轨道梁功能面的尺寸位置与原混凝土梁段构件的尺寸位置已相去甚远，因此采用专利DE19936756的预埋导向螺钉的齿状结构的方法，事实上也不能达到相邻梁段精确定位的目的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是要克服上述已有技术的不足，提供一种适合高速轨道交通的轨道结构，更具体地说，是将多段简支梁连接成多跨的准连续梁的结构，以充分利用连续梁具有控制温差及活动荷载等影响因素下变形较小的优点，同时克服体积和重量巨大的连续梁在预制、加工、运输和安装中的困难。
本发明的构思是轨道梁的介于各支墩之间的各梁段均预先按简支梁的形式预制、加工、运输、安装、精确定位，然后再将每两跨(或多跨)在竖向平面(即绕Y轴方向)连成弯曲刚度尽可能大，接近连续梁的结构形式，而在水平方向(即绕Z轴方向)，连接成弯曲刚度尽可能小，接近于铰接的一段接一段的两跨或多跨简支梁结构形式的准连续梁。
本发明的技术解决方案如下一种高速轨道交通的轨道结构，包括二根或两根以上梁段，其特点在于所说的梁段的连接端的梁顶和梁底的横向中间部位均预埋设有钢质预埋件及为保证该预埋件与梁段混凝土可靠结合的若干锚钉，将两梁段的连接端靠近放置后，用多个螺栓穿过连接件的螺孔和预埋件的螺孔拧紧形成准连续梁；所说的梁段可为实心梁段或空心梁段(含空腔3)；所说的预埋件为凹形钢板；所说的凹形预埋件还设有施加预应力的轧丝斜锚；所说的设有轧丝斜锚的凹形预埋件还设有水平锚筋；还利用后张预应力筋将位于梁段的连接端梁顶预埋的凹形预埋件压紧，使预埋件与梁段结合得更紧密牢固；所说梁段为钢筋混凝土梁；所说的梁段为预应力混凝土梁；所说的连接件与预埋件的连接也可采用焊接方式连接；如果所说梁段为钢结构梁段的话，其连接机构将更为简化，可直接采用螺栓或焊接方式将连接件与二根钢结构梁段的上顶板或二根钢结构梁段的下底板分别连接在一起；上下连接件分别置于钢梁腹腔内上顶板、下底板的内侧连接；所说的连接件可以具有多种形状，如板式(连接钢板)、块式、柱式或管式。
综上所述，本发明具有下列进步的技术效果1.由于采用各梁段均预先按简支梁的形式进行预制、加工、运输、安装和精确定位，然后再用连接机构将两跨或多跨梁段连接成准连续梁的方式，因而克服了多跨连续梁的制造、运输和安装的重大技术难题，为现代高速轨道交通特别是磁悬浮轨道的建设可大大节约成本。
2.本发明的梁段的连接机构即预埋件设置在梁段的连接端的梁顶和梁底，而连接钢板分别设置在梁段连接段的梁顶和梁底的中间位置，使得两连接钢板在高度方向的间距尽可能大，而在水平方向处于梁段连接端的中间位置，因而可保证连接节点水平方向的弯曲刚度远小于竖向平面的弯曲刚度，换句话说，在竖向平面内各梁段已连接成了两跨或多跨的准连续梁，而水平面各梁段仍保持为一段接一段的简支梁。
3.本发明连接机构相对地较简易，而且为日后的维修提供了方便条件。
图1是已有技术的两段梁组成的两跨式梁示意图。
图2是本发明实施例1两段混凝土梁段连成轨道梁的结构示意图。
图3是用后张预应力筋压紧预埋件的示意图。
图4是图2的俯视图。
图5是图4中连接部分局部放大示意图。
图6是图4AA剖视示意图。
图7是图4BB剖视示意图。
图8是本发明实施例2两段钢梁段连成轨道梁的结构示意图。
图9是图8的CC剖视示意图。
图10是连接钢板置于钢梁腹腔内的位置示意图。
图中1、2-梁段 3-空腔4-轧丝斜锚 5-预应力筋6-预埋钢质连接件(预埋件) 7-竖向锚钉8-连接钢板 9-螺栓
10-水平锚筋11、12-钢结构梁段13-焊接处 14-上顶板15-下底板 16-焊接处具体实施方式
图2是本发明实施例1-两段混凝土梁段连成的轨道梁的结构示意图，是一种水平铰接、竖向平面内接近连续的两跨轨道梁结构，并请参阅图3至图7，本实施例由混凝土梁段1和2组成，梁段为含有空腔3的空腹梁、梁段1和2都配制了预应力筋5，两梁段1和2的连接结构由凹形的预埋钢质连接件(简称预埋件)6、与预埋件6牢固连接的竖向锚钉7、连接钢板8和螺栓9构成。本实施例中，为了保证预埋件6与梁段1、2的可靠传力连接，不仅设计了竖向锚钉7，还设计了水平锚筋10，而且还特地设计了可斜向施加预压力的轧丝斜锚4，以抗抵梁段之间的水平力和可能存在的上翘力。如图4、图5和图7所示，以上结构可确保预埋件6与混凝土梁段1、2的可靠连接与传力。
为了进一步确保预埋件6与混凝土梁段1或2间连接和传力，还可将梁段1和2的连接端的后张应力筋5的锚固点上移，压住预埋件6，如图3所示，相当于向预埋件6施加了一定的预压力。
所说的预埋件6设置在梁段1和2的连接端的梁顶和梁底，所说的连接钢板8共两块，也分别置于梁的连接端的梁顶和梁底的中间位置，并依靠预埋件6和连接钢板8相应的螺孔，利用螺栓9将两梁段1和2连接在一起，这样做到了两快连接钢板8在高度方向的间距尽可能大，而在水平方向处于梁段的中间位置，这一结构可以保证连接节点水平方向的弯曲刚度远小于竖向平面弯曲刚度，前者不到后者的5％，较理想地实现了将两段(或多段)梁，在竖向平面内连接成近似连续的，而水平面内各段之间的连接，仍保持近似铰接的设计思想，即在竖向平面内各梁段已连成了两跨或多跨连续梁，水平面内仍保持为一段接一段的简支梁。计算及实测结构表明本发明的结构与一根完全连续的多跨连续梁相比，在控制上下温差及活动载荷引起的变形的性能上，两者是非常接近的。
在连接钢板8与钢板制成的预埋件6的连接方式上，可采用焊接连接方式(焊线12)，也可采用螺栓9连接方式。螺栓连接又可分为精制螺栓连接和高强螺栓连接方式两种。若采用高强螺栓连接的方式，连接钢板8与凹形预埋钢板6的两贴面之间应采用喷沙等工艺按钢结构高强螺栓连接摩擦面的要求进行处理。
由于两段相邻梁段之间，尤其是两段弯梁之间的两块预埋钢板6可能不完全在一个平面内，存在一定的扭转翘曲。造成连接钢板8与它们连接时的不密贴，影响传力效果，对此情况，在施工时可采用火焰在连接钢板8中间作稍稍的矫正(扭转)，使连接钢板8与梁段的预埋钢板6之间均能密贴，即采用使连接钢板8的扭转变形去顺应两相邻梁段的空间定位，确保不因梁段之间的连接而引起原来已精确定位的梁移位。
梁顶面与底面由于受日照和气温等影响存在着温差，该温差会造成各梁段的反拱变形。正常情况下，因为梁顶面的温度要高于梁底面，因此大多数情况下，温差引起的梁的反拱是向上的，这与列车的活动载荷引起的挠度变形正好相反，如果两者数量相等，方向相反，即可互相抵消，这当然是最理想的情形，列车在该状态下高速通过线路时其舒适度达到最佳值。但事实上，由于挠度是由梁本身的刚度控制的。温差则是随着时间、季节和气候而变化的，两者之间在数值上往往有一定的差别。由于本发明的连接构造可以在某一选定的温差或梁段变形状态下将连接钢板8锁紧，因此可起到微调以上变形差的作用，使各因素引起的变形差控制在较小的幅度内，达到列车最佳舒适度的目的。
尽管在梁的设计中已采用了其它措施，但对于混凝土梁而言，随着时间的推移，因混凝土收缩徐变引起的梁的挠度的增加难以完全避免。当列车在运行若干年后，如果收缩、徐变等引起的挠度变形过大，影响行车要求时，采用本发明的方法和构造，可将梁段间的连接松开，在温差引起的梁反拱较大时再将连接钢板8锁紧，也可将梁通过外力反拱到一定值后再锁紧连接钢板8，采用这一方法可达到消除收缩徐变引起的挠度的目的，确保高速列车运行的轨道结构在整个使用寿命中持续地保持系统运行要求的尺寸公差要求。
图8是本发明实施例2-两段钢结构梁段11、12连成轨道梁的结构示意图，其结构更加简化，只需将连接钢板8直接用螺栓9或焊接方式连在钢结构梁段11和12的上顶板14和下底板15即可，请参见图9，可以省略混凝土梁段1和2连接时的预埋件6及相应的锚固件，如竖向锚钉7、水平锚筋10、轧丝斜锚4。
为方便安装和不影响机车运行的空间，也可将上下连接钢板8置于钢梁腹腔3的上顶板14、下底板15的内侧，如图10所示。
以上仅是本发明最佳实施例的举例，仅对两跨梁段的连接作了说明，应用本发明的结构推广至多跨梁段的连接是显而易见的，不应理解为对本发明的限制，举凡应用本发明思想及其结构而进行的简单变换，均应属本发明的保护范围。
权利要求
1.一种高速轨道交通的轨道结构，包括二根或二根以上钢结构梁段，其特征在于可直接采用螺栓或焊接方式用连接件(8)将梁段的上顶板(14)或下底板(15)分别连接在一起。
2.根据权利要求1所述的轨道结构，其特征在于上下连接件(8)分别置于钢梁腹腔(3)内上顶板(14)、下底板(15)的内侧连接。
3.根据权利要求1或2所述的轨道结构，其特征在于所说的连接件(8)可具有多种形状，如板式(连接钢板)、块式、柱式、管式。
全文摘要
一种高速轨道交通的轨道结构，包括二根或二根以上钢结构梁段，其特点是可直接采用螺栓或焊接方式用连接件将梁段的上顶板或下底板分别连接在一起。
文档编号E01B25/00GK1515744SQ0312429
公开日2004年7月28日 申请日期2001年9月7日 优先权日2001年9月7日
发明者吴祥明, 吴忠 申请人:上海磁悬浮交通发展有限公司