本专利涉及一种刚性悬挂式单轨交通体系，应用于轨道交通。具体来说，就是通过提出一种轨道梁挠度、车辆晃动较小的刚性悬挂式单轨交通体系，以解决现有的柔性或半柔半刚悬挂式单轨交通体系轨道梁变形大、车辆晃动大，以及由此造成的行车速度慢、运量低、存在行车安全隐患等问题，属于悬挂式单轨交通领域。
背景技术：
悬挂式单轨交通体系中车辆悬挂于轨道梁之下，轨道梁兼具承重作用和导向作用。根据悬挂式单轨交通体系的结构变形大小和运行时车体晃动角度大小，可将现有的悬挂式单轨交通体系分为柔性悬挂式单轨交通体系和半柔半刚体系两种。
柔性悬挂式单轨交通体系一般由柔性缆索1-r和悬吊的车体4-r组成，运行时轨道梁结构体系变形和车体晃动均非常大。柔性缆索1-r同时作为轨道体系的承重结构和导向结构。柔性缆索1-r的刚度很小，受力时竖向变形fr非常大，可达十几厘米，甚至更大，如图1所示。当受到横向荷载作用时，比如风荷载，一方面缆索的横向变形非常大导致缆索本身有一个较大的横向偏移角度θ；另一方面由于柔性缆索1-r和车体4-r之间为铰接连接，故车体4-r将相对缆索产生一个较大的转动角度α，这两者共同作用就导致了运行时车体晃动非常大，晃动角度可达15°左右，如图2所示。这种悬挂式单轨在运营时轨道结构变形和车体晃动不可控，导致车辆运行速度很低、运量也很小，仅适用于公园或游乐场所等作观光使用。
半柔半刚悬挂式单轨交通体系一般由半柔半刚的轨道梁1-m，桥墩系统3-m和车体相对轨道梁出现较大转动的车辆系统组成。其中，车辆系统包括转向架2-m和车体4-m。这种交通体系在运行时轨道梁结构变形和车体晃动较柔性悬挂式单轨交通体系均有所减少。这种半柔半刚悬挂式单轨交通体系的轨道梁刚度远大于缆索的刚度，但由于其通常采用底部开口的薄壁钢箱梁或是钢桁架等形式的钢结构，故其横向刚度也无法达到常规钢筋混凝土箱梁的横向刚度，导致其刚度介于缆索和常规钢筋混凝土箱梁之间，称之为半柔半刚轨道梁。这种轨道梁在承受荷载时可减小结构变形，控制轨道梁竖向挠度fm在自身跨度的1/800～1/100之间，在工程使用中能满足要求，这类轨道梁挠度示意图如图3所示。当悬挂式单轨车辆运行时，车体相对于轨道梁的晃动角度一般由三部分组成，即：轨道梁相对于桥墩盖梁的转动角度θ，转向架相对于轨道梁位置变化产生的转动角度α和车体相对于转向架的晃动角度β，如图4所示。这种半柔半刚悬挂式单轨交通体系和上述的柔性悬挂式单轨交通体系相比，虽然轨道梁晃动的角度θ可忽略不计，但由于这种体系中一般转向架抗扭刚度较小(可导致较大的α)或车体和转向架间采用铰接(可导致较大的β)，故(α+β)仍可以达到一个较大的值，一般可达到4°～15°左右，导致该体系运行时车辆晃动较大。半柔半刚悬挂式单轨交通体系的结构变形和车体晃动较柔性悬挂式单轨交通体系均大大减小，这使得其行车速度和运量均大幅提升，兼具载客和观光的作用，故这种悬挂式单轨交通体系已成为中小城市、机场线以及各种短途交通线等中小运量交通线的最佳选择。
目前世界范围内已建成并作为公共交通使用的几条悬挂式单轨交通线主要采用两种型式，即德国的兰根(langen)型和日本大量使用的赛飞机(safege)型悬挂式单轨交通体系。这两种单轨体系虽然轨道梁形式和车辆系统的形式均不同，但从性质上来说都采用的是半柔半刚轨道梁和车体相对轨道梁出现较大转动的车辆系统组合的形式，这两种形式都属于半柔半刚悬挂式单轨交通体系。其中，德国的(langen)系统采用钢桁梁形式的轨道梁，其刚度大于缆索却小于钢筋混凝土梁，属于半柔半刚轨道梁。在其车辆系统中，虽然转向架和车体之间采用刚接不存在转动β角，但转向架上的走行轮和轨道梁之间采用铰接的形式进行连接，故转向架相对于轨道梁位置变化产生的转动角度α角将很大，故导致(α+β)很大，事实证明该体系(α+β)可达到15°左右。而日本的赛飞机(safege)型单轨体系采用底部开口的薄壁钢箱梁作为轨道梁，其刚度介于缆索和钢筋混凝土钢箱梁之间，属于半柔半刚轨道梁；其车辆系统中采用不设稳定轮的转向架，抗扭和抗晃动的力臂很小，导致运行时存在较大的α角。同时，转向架和车体之间采用铰接形式，导致β角也很大，故(α+β)很大，一般在4°以上。综上可知，目前世界范围内已有的悬挂式单轨交通体系均属于这种半柔半刚悬挂式单轨交通体系。
现有的悬挂式单轨交通体系转向架和车体之间的连接基本上采用的是柔性连接，即铰接形式。如专利号cn106218648a公开了一种悬挂式单轨车体横梁连接结构及悬挂式单轨车辆，该发明通过设置倒钩结构，横梁与连接板的倒钩配合，从而使得横梁与悬挂式车体之间实现了非刚性连接，避免了对焊接方式的依赖，解决了悬挂式车体运动带来的内应力。但这种非刚性连接使得车体在运行时容易产生较大的晃动，影响行车平稳性和行车速度。
中国专利号cn106004912a公开了一种减小悬挂式单轨交通列车横向晃动的转向架，在转向架的纵梁上增设侧臂，侧臂上设置稳定轮，通过转向架纵梁、侧臂、悬挂装置相互作用形成抗扭的框架系统和走行轮、导向轮、稳定轮形成抗扭的空间受力系统来增大列车与转向架系统的横向刚度，达到平衡列车、减小横向晃动的目的。该专利虽然可以减小由转向架产生的晃动角度α，但无法减小车体晃动产生的角度β。
针对上述问题，并结合现有的柔性悬挂式单轨交通体系和半柔半刚悬挂式单轨交通体系结构变形大、车体晃动大、运量小等实际情况，结合申请人的大量试验和经验，从轨道梁结构变形和车体晃动原理出发，进行理论分析，最终提出本专利。
专利内容
本专利所要解决的技术问题是：提供一种刚性悬挂式单轨交通体系，通过采用刚性轨道梁，刚性转向架和刚性桥墩系统，车体和转向架之间刚性连接，实现结构体系的刚性化，使其轨道梁的变形和车体的晃动角度大大减小，解决现有的柔性和半柔半刚悬挂式单轨体系因结构变形大、车体晃动大而导致行车速度慢、运量小等问题。
本专利解决其技术问题所采用的技术方案是：一种刚性悬挂式单轨交通体系，其特征在于：由刚性轨道梁，刚性转向架，刚性桥墩系统和车体组成。
上述的一种刚性悬挂式单轨交通体系，其特征在于：刚性轨道梁由刚性顶板，刚性腹板和刚性底板组成。
上述的刚性轨道梁，其特征在于：刚性顶板通过增加厚度或配置钢筋或应用预应力技术或提高空间承压能力，来实现刚性顶板的目的。
上述的刚性轨道梁，其特征在于：刚性腹板通过增加厚度或配置钢筋或应用预应力技术或提高空间抗剪和抗扭转能力，以实现刚性腹板的目的。
上述的刚性轨道梁，其特征在于：刚性底板通过增加厚度或配置钢筋或应用预应力技术或或提高空间承载能力，以实现刚性底板的目的。
上述的一种刚性悬挂式单轨交通体系，其特征在于：刚性转向架由刚性转向架框架结构，以及车体和转向架之间的刚性连接装置组成。
上述的刚性转向架，其特征在于：刚性转向架框架结构通过增加稳定轮和走行轮之间的距离提高转向架框架结构的抗扭能力，以实现刚性转向架框架结构。
上述的刚性转向架，其特征在于：车体和转向架之间的刚性连接装置通过将车体和转向架固接使两者无相对移动，以实现刚性固接的目的。
上述的一种刚性悬挂式单轨交通体系，其特征在于：刚性桥墩系统由刚性桥墩，刚性盖梁和刚性锚固体系组成。
上述的刚性桥墩系统，其特征在于：刚性桥墩通过增大截面尺寸来提高桥墩的受力刚度，以实现刚性桥墩的目的。
上述的刚性桥墩系统，其特征在于：刚性盖梁通过增加盖梁截面高度或配置钢筋或应用预应力技术来提高盖梁的抗弯能力，以实现刚性盖梁的目的。
上述的刚性桥墩系统，其特征在于：刚性锚固体系通过采用约束横向转动和移动的支座来连接盖梁和轨道梁，或采用盖梁和轨道梁固结的形式，以实现刚性锚固体系的目的。
与现有技术相比，本专利的有益效果是：
1.对轨道梁竖向挠度的改进
当轨道梁竖向挠度过大时，最直接的是会影响行车的平顺性；从轨道梁结构变形来说，竖向变形过大还将在曲线段加大轨道梁的扭转效应，甚至产生轨道梁体破坏；而另一方面，由于轨道梁竖向挠度过大，还将会限制行车速度以及客运量。
本专利通过提出一种刚性悬挂式单轨交通体系，采用刚性轨道梁，使轨道梁的变形性能达到或接近跨座式单轨交通的要求，使其运行速度和客运量均能满足主流公共交通的要求，并保证行车平顺性和可靠性，解决了传统柔性悬挂式单轨交通体系和半柔半刚悬挂式单轨交通体系行车速度慢、客运量小且行车不平顺等缺点。本专利提出的一种刚性轨道梁竖向挠度示意图如图5所示。
表1中为试验所得的简支体系中半柔半刚轨道梁和刚性轨道梁在运营荷载作用下的跨中挠度值。其中，轨道梁跨度l均为24m，曲线半径为100m。
荷载组合1：梁自重+二期恒载+列车活荷载
荷载组合2：梁自重+二期恒载+列车活荷载+冲击作用+横向摇摆力
荷载组合3：梁自重+二期恒载+列车活荷载+冲击作用+离心力
表1半柔半刚轨道梁和刚性轨道梁跨中挠度试验值比较(单位：mm)
从表1可以看出，传统的半柔半刚轨道梁在运营荷载作用下轨道梁跨中挠度均大于l/800，而刚性轨道梁的跨中挠度均小于l/800，已经达到跨座式单轨交通对跨中挠度的要求，这样就可以保证刚性悬挂式单轨交通体系轨道梁的挠度能满足车辆平顺性和旅客的舒适性要求。
2.对桥墩系统变形的改进
桥墩横向水平变形差引起的轨道梁端水平折角过大，桥墩盖梁竖向挠度过大会引起轨道梁端竖向折角过大，这些均会引起行车的不平顺，并且由于悬挂式单轨“梁体即为轨道”的特点，当轨道梁端折角过大时，车辆很有可能无法在梁上正常行驶，造成跳车等一系列问题。
本专利通过提出一种刚性悬挂式单轨交通体系，采用刚性桥墩系统，其中的刚性桥墩和刚性盖梁的变形能满足单轨交通系统的设计要求，控制桥墩墩顶水平变形和盖梁的竖向挠度均在合理的范围内，确保车辆的平顺性和旅客的舒适性，解决传统柔性悬挂式单轨交通体系和半柔半刚悬挂式单轨交通体系带来的车辆的平顺性和旅客的舒适性的问题。
3.对车体晃动的改进
传统柔性悬挂式单轨交通体系和半柔半刚悬挂式单轨交通体系都存在运行时车体晃动大，这将造成旅客舒适性差的问题。除此之外，由于车体晃动是个往复运动，这将很容易在转向架和车体连接部位产生受力疲劳，一旦出现结构损伤断裂将产生严重的安全隐患。
本专利通过提出一种刚性悬挂式单轨交通体系解决了以上所述的问题。一方面，刚性悬挂式单轨交通体系采用约束横向转动和移动的悬挂支座来连接轨道梁和盖梁或采用墩梁固接的方式来连接轨道梁和盖梁，使轨道梁和桥墩盖梁之间没有明显的相对转动，即消除了轨道梁相对于桥墩盖梁的相对转动角θ。另一方面，刚性悬挂式单轨交通体系采用刚性转向架，这种刚性转向架的刚性框架加大了稳定轮和走行轮之间的距离，使得框架自身的抗扭能力大大提高，减小了转向架和轨道梁之间相对转角α，试验证明这个转动角α最大值可以控制在4°以内。其次，该刚性转向架与车体刚性连接，这就消除了车体相对于转向架的晃动角度β，这使得车体相对于桥墩盖梁的转动角(θ+α+β)可控制在4°以内，一种刚性悬挂式单轨交通体系晃动角度示意图如图6所示。如此控制车体相对于桥墩盖梁的转动角(θ+α+β)，就可达到与跨座式单轨交通车体与轨道梁的转动角类似的数量级别，保证了旅客的舒适性。同时，减小了转向架和车体连接部位的疲劳作用，可防止结构损伤断裂带来的安全隐患。表2展示了半柔半刚悬挂式单轨体系和刚性悬挂式单轨体系在不同风速下车体相对于桥墩盖梁的晃动角度。
表2半柔半刚体系和刚性体系车体晃动角度试验值(单位：°)
从表2可以看出在最不利情况(风速为30m/s)时，半柔半刚悬挂式单轨交通体系的车体晃动角度均大于4°；而刚性悬挂式单轨交通体系的车体晃动角度均可以控制在4°以内，这可以为旅客提供更好的舒适性和车辆的平顺性。
附图说明
图1柔性悬挂式单轨交通体系缆索变形示意图
图2柔性悬挂式单轨交通体系车体晃动角度示意图
图3半柔半刚悬挂式单轨交通体系轨道梁竖向挠度示意图
图4半柔半刚悬挂式单轨交通体系车体晃动角度示意图
图5预应力混凝土底部开口刚性悬轨体系竖向挠度示意图
图6预应力混凝土底部开口刚性悬轨体系车体晃动角度示意图
图7刚性悬挂式单轨体系底部开口箱型轨道梁受力原理图
图8钢结构底部开口刚性悬轨体系竖向挠度示意图
图9钢结构底部开口刚性悬轨体系车体晃动角度示意图
图10钢混组合结构底部开口刚性悬轨体系竖向挠度示意图
图11钢混组合结构底部开口刚性悬轨体系车体晃动角度示意图
图12预应力混凝土底板外伸刚性悬轨体系竖向挠度示意图
图13预应力混凝土底板外伸刚性悬轨体系车体晃动角度示意图
图14刚性悬挂式单轨体系底板外伸箱型轨道梁受力原理图
图15钢结构底板外伸刚性悬轨体系竖向挠度示意图
图16钢结构底板外伸刚性悬轨体系车体晃动角度示意图
图17钢混组合结构底板外伸刚性悬轨体系竖向挠度示意图
图18钢混组合结构底板外伸刚性悬轨体系车体晃动角度示意图
本领域技术人员结合以下实施例不难明白图中编号所示的特征，因此不再赘述。
具体实施方式
以下结合附图对一种刚性悬挂式单轨交通体系作进一步说明，在此之前应当指出，通过附图所描述的实施例只是作为示范进行说明，不能理解为对本发明的限制。
实施例一一种预应力混凝土底部开口刚性悬挂式单轨交通体系
结合图5、图6和图7对基于本专利所述的一种预应力混凝土底部开口刚性悬挂式单轨交通体系进行示范说明。所述的一种预应力混凝土底部开口刚性悬挂式单轨交通体系包括预应力混凝土底部开口箱型轨道梁1-a、增设稳定轮的转向架2-a、l形桥墩系统3-a和车体4-a。
从结构和功能方面来说，预应力混凝土底部开口箱型轨道梁1-a是主要的承载结构和导向结构，通过悬挂支座sa安装在l形桥墩系统3-a的盖梁ga下方。增设稳定轮的转向架2-a置于预应力混凝土底部开口箱型轨道梁1-a的内部，其走行轮置于预应力混凝土底板da内侧表面上，导向轮置于预应力混凝土腹板wa内侧的下部表面上，稳定轮置于预应力混凝土腹板wa内侧的上部表面上；增设稳定轮的转向架2-a和车体4-a通过螺栓la以拴接的方式刚性连接，形成一个刚性整体。增设稳定轮的转向架2-a主要起到限制车辆晃动的作用。
从受力和变形方面来说，该预应力混凝土底部开口悬挂式单轨交通体系在运营时主要受到的作用有轨道梁的自重、二期恒载、预应力荷载、列车静活载、列车冲击荷载、离心力、风荷载以及列车摇摆力等。
对于轨道梁而言：
在轨道梁自重、二期恒载、预应力荷载、列车静活载、列车冲击荷载等竖向荷载作用下，轨道梁主要承受竖向弯矩和竖向剪力的作用，产生竖向挠度变形。此时，轨道梁顶底板主要用于抗弯作用，顶底板处于受压或受拉状态；轨道梁腹板主要用于抗剪，腹板处于受剪状态。
在离心力、风荷载以及列车摇摆力等横向荷载作用下，轨道梁主要承受横向弯矩、横向剪力和扭矩作用，产生横向变形和扭转变形。此时，轨道梁顶底板主要用于抗弯作用，顶底板处于受弯状态，但考虑到轨道梁顶底板横向宽度较大，导致其横向抗弯刚度也较大，而轨道梁受到的横向弯矩一般较小，故可以忽略横向弯矩作用下的横向变形；轨道梁腹板主要用于抗扭，腹板处于受扭状态。
从以上分析可知，在运营荷载作用下，轨道梁顶底板主要受拉压作用，轨道梁腹板主要受竖向剪力和扭转作用。
一种预应力混凝土底部开口刚性悬挂式单轨交通体系采用预应力混凝土底部开口箱型轨道梁1-a，其上顶板采用钢筋混凝土顶板ua，并通过增大顶板厚度以及配置纵向钢筋来提高其抗拉压能力，以实现刚性顶板的目的；其腹板采用预应力混凝土腹板wa，通过增大腹板厚度、配置箍筋以及施加预应力来提高其抗剪和抗扭能力，以实现刚性腹板的目的；其底板采用预应力混凝土底板da，通过增大底板厚度、配置纵向钢筋以及施加预应力来提高其抗拉压能力，以实现刚性底板的目的。通过以上几方面操作，实现预应力混凝土底部开口箱型轨道梁1-a为刚性轨道梁的目的。
试验证明，刚性轨道梁一般可以满足在运营荷载作用下的竖向挠度不大于自身跨度的1/800，预应力混凝土底部开口箱型轨道梁1-a竖向挠度变形fa如图5所示。由于悬挂式单轨交通“梁体即为轨道”的特点，小变形的轨道梁将保证轨道线形的可控性以及行车的平顺性，为行车速度的提高提供了前提条件。另一方面，小变形的轨道梁，保证了其和转向架轮胎之间正常的变形匹配，避免了因轨道梁截面变形大导致转向架轮胎被卡住的问题。
对于转向架和车体来说：
离心力、风荷载、摇摆力等横向荷载作用在车体上，并传递到转向架上，使转向架和车体产生横向的晃动。晃动的角度包括转向架相对于轨道梁位置变化产生的转动角度α和车体相对于转向架的晃动角度β。该预应力混凝土底部开口刚性悬挂式单轨交通体系车体晃动角度如图6所示。
转向架和轨道梁简化受力模型如图7所示。从图中可以看出，由车体传递到转向架的横向荷载可简化为作用在转向架重心位置的一个横向作用力f和一个力矩m。由于此处主要分析转向架的抗扭转能力，故只分析力矩m作用下转向架的受力情况。当转向架受到力矩m作用时，与轨道梁腹板接触的稳定轮和与轨道梁底板接触的走行轮将产生一对反力f1来抵抗力矩m。根据力矩的平衡原理，存在平衡关系m＝f1×a，a为对角线上导向轮受力点和稳定轮受力点之间的距离。因为f1的大小一般取决于轨道梁和转向架轮胎的相互作用，故要提高转向架的抗扭能力，只能增大对角线上导向轮受力点和稳定轮受力点之间的距离a，这等同于增加同侧稳定轮和走行轮之间的距离，即可用同侧稳定轮和走行轮之间的距离大小来衡量一个转向架的抗扭能力，当侧稳定轮和走行轮之间的距离越大，转向架的抗扭能力越大。
一种预应力混凝土底部开口刚性悬挂式单轨交通体系采用的是增设稳定轮的转向架2-a，该转向架框架结构ka相较于半柔半刚转向架框架在导向轮上方增设了稳定轮。可知稳定轮到走行轮之间的距离大于导向轮到走行轮之间的距离，即用以衡量转向架抗扭能力的距离增大，以此增加了增设稳定轮的刚性转向架2-a的抗扭能力，以实现刚性转向架框架结构的目的；该转向架和车体采用螺栓la拴接方式进行刚性连接，转向架和车体之间无相对移动，以实现刚性固接的目的。通过以上几方面操作，实现增设稳定轮的刚性转向架2-a为刚性转向架的目的。
试验证明，刚性转向架在受到横向荷载作用时，刚性转向架框架可保证转向架相对于轨道梁的扭转角度α很小，一般不大于3°；而转向架和车体之间采用刚性连接，则消除了车体相对于转向架的晃动角度β。故运营时车体晃动角度(α+β)将被控制在4°以内，这为旅客提供了更好地舒适性；同时也减小了转向架的疲劳作用，降低了体系的安全隐患。
对于桥墩系统而言：
风荷载等横向荷载以及从轨道梁和车体传递来的荷载将作用在桥墩系统上，使桥墩墩顶产生水平位移，盖梁产生竖向挠度，悬挂锚固体系产生横桥向转动或移动并导致轨道梁相对于盖梁产生一个转角θ，如图6所示。此时，桥墩受弯矩和压力作用，盖梁主要受弯矩和剪力作用，悬挂锚固体系主要受竖向拉力、横向力和横向扭矩作用。
该l形桥墩系统3-a的桥墩qa通过增大截面尺寸来提高其受力刚度，以实现刚性桥墩的目的；盖梁ga通过增加盖梁截面高度并配置纵向钢筋和箍筋，并应用预应力技术来提高盖梁的抗弯和抗剪能力，以实现刚性桥墩的目的；悬挂锚固体系通过采用约束横向转动和移动的悬挂支座sa来提高自身的抗晃动变形能力，以实现刚性锚固体系的目的。通过以上几方面操作，实现该l形桥墩系统3-a为刚性桥墩系统的目的。
试验证明，刚性桥墩和刚性盖梁在运营荷载作用下的结构变形较小，满足使用要求；刚性锚固体系可约束轨道梁相对于盖梁的转动，消除轨道梁相对于盖梁的转角θ。解决了半柔半刚悬挂式单轨交通体系中桥墩墩顶位移以及盖梁变形过大导致行车平顺性差、出现跳车等问题。同时，通过消除轨道梁相对于盖梁的转角θ，减小了车体晃动，改善了旅客的舒适性，提高了体系的运量和可靠性。
根据以上分析，采用一种预应力混凝土底部开口刚性悬挂式单轨交通体系可以很好地控制轨道梁竖向变形和车体的晃动，从而使刚性悬挂式单轨交通体系保持更好的线路线形，保障行车安全及行车平顺性，为提高行车速度提供了条件。同时，减小了车体晃动，改善了旅客的舒适性，提高了体系的运量和可靠性。
实施例二一种钢结构底部开口刚性悬挂式单轨交通体系
结合图7、图8和图9对基于本专利所述的一种钢结构底部开口刚性悬挂式单轨交通体系进行示范说明。所述的一种钢结构底部开口刚性悬挂式单轨交通体系包括钢结构底部开口箱型轨道梁1-b、增设稳定轮的转向架2-b、l形桥墩系统3-b和车体4-b。
从结构和功能方面来说，钢结构底部开口箱型轨道梁1-b是主要的承载结构和导向结构，通过悬挂支座sb安装在l形桥墩系统3-b的盖梁gb下方。增设稳定轮的转向架2-b置于钢结构底部开口箱型轨道梁1-b的内部，其走行轮置于加肋钢底板db内侧表面上，导向轮置于波纹钢腹板wb内侧的下部表面上，稳定轮置于波纹钢腹板wb内侧的上部表面上；增设稳定轮的转向架2-b和车体4-b通过螺栓lb以拴接的方式刚性连接，形成一个刚性整体。增设稳定轮的转向架2-b主要起到限制车辆晃动的作用。
从受力和变形方面来说，该钢结构底部开口悬挂式单轨交通体系在运营时主要受到的作用有轨道梁的自重、二期恒载、预应力荷载、列车静活载、列车冲击荷载、离心力、风荷载以及列车摇摆力等。
对于轨道梁而言：
在轨道梁自重、二期恒载、预应力荷载、列车静活载、列车冲击荷载等竖向荷载作用下，轨道梁主要承受竖向弯矩和竖向剪力的作用，产生竖向挠度变形。此时，轨道梁顶底板主要用于抗弯作用，顶底板处于受压或受拉状态；轨道梁腹板主要用于抗剪，腹板处于受剪状态。
在离心力、风荷载以及列车摇摆力等横向荷载作用下，轨道梁主要承受横向弯矩、横向剪力和扭矩作用，产生横向变形和扭转变形。此时，轨道梁顶底板主要用于抗弯作用，顶底板处于受弯状态，但考虑到轨道梁顶底板横向宽度较大，导致其横向抗弯刚度也较大，而轨道梁受到的横向弯矩一般较小，故可以忽略横向弯矩作用下的横向变形；轨道梁腹板主要用于抗扭，腹板处于受扭状态。
从以上分析可知，在运营荷载作用下，轨道梁顶底板主要受拉压作用，轨道梁腹板主要受竖向剪力和扭转作用。
一种钢结构底部开口刚性悬挂式单轨交通体系采用钢结构底部开口箱型轨道梁1-b，其上顶板采用加肋钢箱顶板ub，并通过增大钢箱高度和增加箱内加劲肋数量来提高其抗拉压能力，以实现刚性顶板的目的；其腹板采用波纹钢腹板wb，通过增大波峰波谷间距离以及适当减小波长来提高其抗剪和抗扭能力，以实现刚性腹板的目的；其底板采用加肋钢底板db，通过增加加劲肋数量和增大加劲肋截面高度来提高其抗拉压能力，以实现刚性底板的目的。通过以上几方面操作，实现钢结构底部开口箱型轨道梁1-b为刚性轨道梁的目的。
试验证明，刚性轨道梁一般可以满足在运营荷载作用下的竖向挠度不大于自身跨度的1/800，该钢结构底部开口箱型轨道梁1-b竖向挠度变形fb如图8所示。由于悬挂式单轨交通“梁体即为轨道”的特点，小变形的轨道梁将保证轨道线形的可控性以及行车的平顺性，为行车速度的提高提供了前提条件。另一方面，小变形的轨道梁，保证了其和转向架轮胎之间正常的变形匹配，避免了因轨道梁截面变形大导致转向架轮胎被卡住的问题。
对于转向架和车体来说：
离心力、风荷载、摇摆力等横向荷载作用在车体上，并传递到转向架上，使转向架和车体产生横向的晃动。晃动的角度包括转向架相对于轨道梁位置变化产生的转动角度α和车体相对于转向架的晃动角度β，该钢结构底部开口刚性悬挂式单轨交通体系车体晃动角度如图9所示。
转向架和轨道梁简化受力模型如图7所示。从图中可以看出，由车体传递到转向架的横向荷载可简化为作用在转向架重心位置的一个横向作用力f和一个力矩m。由于此处主要分析转向架的抗扭转能力，故只分析力矩m作用下转向架的受力情况。当转向架受到力矩m作用时，与轨道梁腹板接触的稳定轮和与轨道梁底板接触的走行轮将产生一对反力f1来抵抗力矩m。根据力矩的平衡原理，存在平衡关系m＝f1×a，a为对角线上导向轮受力点和稳定轮受力点之间的距离。因为f1的大小一般取决于轨道梁和转向架轮胎的相互作用，故要提高转向架的抗扭能力，只能增大对角线上导向轮受力点和稳定轮受力点之间的距离a，这等同于增加同侧稳定轮和走行轮之间的距离，即可用同侧稳定轮和走行轮之间的距离大小来衡量一个转向架的抗扭能力，当侧稳定轮和走行轮之间的距离越大，转向架的抗扭能力越大。
一种钢结构底部开口刚性悬挂式单轨交通体系采用的是增设稳定轮的转向架2-b，该转向架框架结构kb相较于半柔半刚转向架框架在导向轮上方增设了稳定轮。可知稳定轮到走行轮之间的距离大于导向轮到走行轮之间的距离，即用以衡量转向架抗扭能力的距离增大，以此增加了增设稳定轮的转向架2-b的抗扭能力，以实现刚性转向架框架结构的目的；该转向架和车体采用螺栓lb拴接方式进行刚性连接，转向架和车体之间无相对移动，以实现刚性固接的目的。通过以上几方面操作，实现增设稳定轮的转向架2-b为刚性转向架的目的。
试验证明，刚性转向架在受到横向荷载作用时，刚性转向架框架可保证转向架相对于轨道梁的扭转角度α很小，一般不大于4°；而转向架和车体之间采用刚性连接，则消除了车体相对于转向架的晃动角度β。故运营时车体晃动角度(α+β)将被控制在4°以内，这为旅客提供了更好地舒适性；同时也减小了转向架的疲劳作用，降低了体系的安全隐患。
对于桥墩系统而言：
风荷载等横向荷载以及从轨道梁和车体传递来的荷载将作用在桥墩系统上，使桥墩墩顶产生水平位移，盖梁产生竖向挠度，悬挂锚固体系产生横桥向转动或移动并导致轨道梁相对于盖梁产生一个转角θ，如图6所示。此时，桥墩受弯矩和压力作用，盖梁主要受弯矩和剪力作用，悬挂锚固体系主要受竖向拉力、横向力和横向扭矩作用。
该l形桥墩系统3-b的桥墩qb通过增大截面尺寸来提高其受力刚度，以实现刚性桥墩的目的；盖梁gb通过增加盖梁截面高度并配置纵向钢筋和箍筋来提高盖梁的抗弯和抗剪能力，以实现刚性桥墩的目的；悬挂锚固体系通过采用约束横向转动和移动的悬挂支座sb来提高自身的抗晃动变形能力，以实现刚性锚固体系的目的。通过以上几方面操作，实现该l形桥墩系统3-b为刚性桥墩系统的目的。
试验证明，刚性桥墩和刚性盖梁在运营荷载作用下的结构变形较小，满足使用要求；刚性锚固体系可约束轨道梁相对于盖梁的转动，消除轨道梁相对于盖梁的转角θ。解决了半柔半刚悬挂式单轨交通体系中桥墩墩顶位移以及盖梁变形过大导致行车平顺性差、出现跳车等问题。同时，通过消除轨道梁相对于盖梁的转角θ，减小了车体晃动，改善了旅客的舒适性，提高了体系的运量和可靠性。
根据以上分析，采用一种钢结构底部开口刚性悬挂式单轨交通体系可以很好地控制轨道梁竖向变形和车体的晃动，从而使刚性悬挂式单轨交通体系保持更好的线路线形，保障行车安全及行车平顺性，为提高行车速度提供了条件。同时，减小了车体晃动，改善了旅客的舒适性，提高了体系的运量和可靠性。
实施例三一种钢混组合结构底部开口刚性悬挂式单轨交通体系
结合图7、图10和图11对基于本专利所述的一种钢混组合结构底部开口刚性悬挂式单轨交通体系进行示范说明。所述的一种钢混组合结构底部开口刚性悬挂式单轨交通体系包括钢混组合结构底部开口箱型轨道梁1-c、增设稳定轮的转向架2-c、t形桥墩系统3-c和车体4-c。
从结构和功能方面来说，钢混组合结构底部开口箱型轨道梁1-c是主要的承载结构和导向结构，通过悬挂支座sc安装在t形桥墩系统3-c的盖梁gc下方。增设稳定轮的转向架2-c置于钢混组合结构底部开口箱型轨道梁1-c的内部，其走行轮置于加肋钢底板dc内侧表面上，导向轮置于波纹钢腹板wc内侧的下部表面上，稳定轮置于波纹钢腹板wc内侧的上部表面上；增设稳定轮的转向架2-c和车体4-c通过螺栓lc以拴接的方式刚性连接，形成一个刚性整体。增设稳定轮的转向架2-c主要起到限制车辆晃动的作用。
从受力和变形方面来说，该钢结构底部开口悬挂式单轨交通体系在运营时主要受到的作用有轨道梁的自重、二期恒载、预应力荷载、列车静活载、列车冲击荷载、离心力、风荷载以及列车摇摆力等。
对于轨道梁而言：
在轨道梁自重、二期恒载、预应力荷载、列车静活载、列车冲击荷载等竖向荷载作用下，轨道梁主要承受竖向弯矩和竖向剪力的作用，产生竖向挠度变形。此时，轨道梁顶底板主要用于抗弯作用，顶底板处于受压或受拉状态；轨道梁腹板主要用于抗剪，腹板处于受剪状态。
在离心力、风荷载以及列车摇摆力等横向荷载作用下，轨道梁主要承受横向弯矩、横向剪力和扭矩作用，产生横向变形和扭转变形。此时，轨道梁顶底板主要用于抗弯作用，顶底板处于受弯状态，但考虑到轨道梁顶底板横向宽度较大，导致其横向抗弯刚度也较大，而轨道梁受到的横向弯矩一般较小，故可以忽略横向弯矩作用下的横向变形；轨道梁腹板主要用于抗扭，腹板处于受扭状态。
从以上分析可知，在运营荷载作用下，轨道梁顶底板主要受拉压作用，轨道梁腹板主要受竖向剪力和扭转作用。
一种钢混组合结构底部开口刚性悬挂式单轨交通体系采用钢混组合结构底部开口箱型轨道梁1-c，其上顶板采用钢筋混凝土顶板uc，并通过增大顶板厚度和配置纵向钢筋来提高其抗拉压能力，以实现刚性顶板的目的；其腹板采用波纹钢腹板wc，通过增大波峰波谷间距离以及适当减小波长来提高其抗剪和抗扭能力，以实现刚性腹板的目的；其底板采用加肋钢底板dc，通过增加加劲肋数量和增大加劲肋截面高度来提高其抗拉压能力，以实现刚性底板的目的。通过以上几方面操作，实现钢混组合结构底部开口箱型轨道梁1-c为刚性轨道梁的目的。
试验证明，刚性轨道梁一般可以满足在运营荷载作用下的竖向挠度不大于自身跨度的1/800，该钢混组合结构底部开口箱型轨道梁1-c竖向挠度变形fc如图10所示。由于悬挂式单轨交通“梁体即为轨道”的特点，小变形的轨道梁将保证轨道线形的可控性以及行车的平顺性，为行车速度的提高提供了前提条件。另一方面，小变形的轨道梁，保证了其和转向架轮胎之间正常的变形匹配，避免了因轨道梁截面变形大导致转向架轮胎被卡住的问题。
对于转向架和车体来说：
离心力、风荷载、摇摆力等横向荷载作用在车体上，并传递到转向架上，使转向架和车体产生横向的晃动。晃动的角度包括转向架相对于轨道梁位置变化产生的转动角度α和车体相对于转向架的晃动角度β，该钢混组合结构底部开口刚性悬挂式单轨交通体系车体晃动角度如图11所示。
转向架和轨道梁简化受力模型如图7所示。从图中可以看出，由车体传递到转向架的横向荷载可简化为作用在转向架重心位置的一个横向作用力f和一个力矩m。由于此处主要分析转向架的抗扭转能力，故只分析力矩m作用下转向架的受力情况。当转向架受到力矩m作用时，与轨道梁腹板接触的稳定轮和与轨道梁底板接触的走行轮将产生一对反力f1来抵抗力矩m。根据力矩的平衡原理，存在平衡关系m＝f1×a，a为对角线上导向轮受力点和稳定轮受力点之间的距离。因为f1的大小一般取决于轨道梁和转向架轮胎的相互作用，故要提高转向架的抗扭能力，只能增大对角线上导向轮受力点和稳定轮受力点之间的距离a，这等同于增加同侧稳定轮和走行轮之间的距离，即可用同侧稳定轮和走行轮之间的距离大小来衡量一个转向架的抗扭能力，当侧稳定轮和走行轮之间的距离越大，转向架的抗扭能力越大。
一种钢混组合结构底部开口刚性悬挂式单轨交通体系采用的是增设稳定轮的转向架2-c，该转向架框架结构kc相较于半柔半刚转向架框架在导向轮上方增设了稳定轮。可知稳定轮到走行轮之间的距离大于导向轮到走行轮之间的距离，即用以衡量转向架抗扭能力的距离增大，以此增加了增设稳定轮的转向架2-c的抗扭能力，以实现刚性转向架框架结构的目的；该转向架和车体采用螺栓lc拴接方式进行刚性连接，转向架和车体之间无相对移动，以实现刚性固接的目的。通过以上几方面操作，实现增设稳定轮的转向架2-c为刚性转向架的目的。
试验证明，刚性转向架在受到横向荷载作用时，刚性转向架框架可保证转向架相对于轨道梁的扭转角度α很小，一般不大于4°；而转向架和车体之间采用刚性连接，则消除了车体相对于转向架的晃动角度β。故运营时车体晃动角度(α+β)将被控制在4°以内，这为旅客提供了更好地舒适性；同时也减小了转向架的疲劳作用，降低了体系的安全隐患。
对于桥墩系统而言：
风荷载等横向荷载以及从轨道梁和车体传递来的荷载将作用在桥墩系统上，使桥墩墩顶产生水平位移，盖梁产生竖向挠度，悬挂锚固体系产生横桥向转动或移动并导致轨道梁相对于盖梁产生一个转角θ，如图11所示。此时，桥墩受弯矩和压力作用，盖梁主要受弯矩和剪力作用，悬挂锚固体系主要受竖向拉力、横向力和横向扭矩作用。
该t形桥墩系统3-c的桥墩qc通过增大截面尺寸来提高其受力刚度，以实现刚性桥墩的目的；盖梁gc通过增加盖梁截面高度并配置纵向钢筋和箍筋来提高盖梁的抗弯和抗剪能力，以实现刚性桥墩的目的；悬挂锚固体系通过采用约束横向转动和移动的悬挂支座sc来提高自身的抗晃动变形能力，以实现刚性锚固体系的目的。通过以上几方面操作，实现该t形桥墩系统3-c为刚性桥墩系统的目的。
试验证明，刚性桥墩和刚性盖梁在运营荷载作用下的结构变形较小，满足使用要求；刚性锚固体系可约束轨道梁相对于盖梁的转动，消除轨道梁相对于盖梁的转角θ。解决了半柔半刚悬挂式单轨交通体系中桥墩墩顶位移以及盖梁变形过大导致行车平顺性差、出现跳车等问题。同时，通过消除轨道梁相对于盖梁的转角θ，减小了车体晃动，改善了旅客的舒适性，提高了体系的运量和可靠性。
根据以上分析，采用一种钢混组合结构底部开口刚性悬挂式单轨交通体系可以很好地控制轨道梁竖向变形和车体的晃动，从而使刚性悬挂式单轨交通体系保持更好的线路线形，保障行车安全及行车平顺性，为提高行车速度提供了条件。同时，减小了车体晃动，改善了旅客的舒适性，提高了体系的运量和可靠性。
实施例四一种预应力混凝土底板外伸刚性悬挂式单轨交通体系
结合图12、图13和图14对基于本专利所述的一种刚性悬挂式单轨交通体系进行示范说明。所述的一种预应力混凝土底板外伸刚性悬挂式单轨交通体系包括预应力混凝土底板外伸箱型轨道梁1-d、增设稳定轮的转向架2-d、l形桥墩系统3-d和车体4-d。
从结构和功能方面来说，预应力混凝土底板外伸箱型轨道梁1-d是主要的承载结构和导向结构，通过悬挂支座sd安装在l形桥墩系统3-d的盖梁gd下方。增设稳定轮的转向架2-d置于预应力混凝土底板外伸箱型轨道梁1-d的内部，其走行轮置于预应力混凝土底板dd内侧表面上，导向轮置于预应力混凝土腹板wd内侧的下部表面上，稳定轮置于预应力混凝土腹板wd内侧的上部表面上；增设稳定轮的转向架2-d和车体4-d通过螺栓ld以拴接的方式刚性连接，形成一个刚性整体。增设稳定轮的转向架2-d主要起到限制车辆晃动的作用。
从受力和变形方面来说，该预应力混凝土结构悬挂式单轨交通体系在运营时主要受到的作用有轨道梁的自重、二期恒载、预应力荷载、列车静活载、列车冲击荷载、离心力、风荷载以及列车摇摆力等。
对于轨道梁而言：
在轨道梁自重、二期恒载、预应力荷载、列车静活载、列车冲击荷载等竖向荷载作用下，轨道梁主要承受竖向弯矩和竖向剪力的作用，产生竖向挠度变形。此时，轨道梁顶底板主要用于抗弯作用，顶底板处于受压或受拉状态；轨道梁腹板主要用于抗剪，腹板处于受剪状态。
在离心力、风荷载以及列车摇摆力等横向荷载作用下，轨道梁主要承受横向弯矩、横向剪力和扭矩作用，产生横向变形和扭转变形。此时，轨道梁顶底板主要用于抗弯作用，顶底板处于受弯状态，但考虑到轨道梁顶底板横向宽度较大，导致其横向抗弯刚度也较大，而轨道梁受到的横向弯矩一般较小，故可以忽略横向弯矩作用下的横向变形；轨道梁腹板主要用于抗扭，腹板处于受扭状态。
从以上分析可知，在运营荷载作用下，轨道梁顶底板主要受拉压作用，轨道梁腹板主要受竖向剪力和扭转作用。
一种预应力混凝土底板外伸刚性悬挂式单轨交通体系采用预应力混凝土底板外伸箱型轨道梁1-d，其上顶板采用钢筋混凝土顶板ud，并通过增大顶板厚度以及配置纵向钢筋来提高其抗拉压能力，以实现刚性顶板的目的；其腹板采用预应力混凝土腹板wd，通过增大腹板厚度、配置箍筋以及施加预应力来提高其抗剪和抗扭能力，以实现刚性腹板的目的；其底板采用预应力混凝土底板dd，通过增大底板厚度、配置纵向钢筋以及施加预应力来提高其抗拉压能力，以实现刚性底板的目的。通过以上几方面操作，实现预应力混凝土底板外伸箱型轨道梁1-d为刚性轨道梁的目的。
试验证明，刚性轨道梁一般可以满足在运营荷载作用下的竖向挠度不大于自身跨度的1/800，该预应力混凝土底板外伸箱型轨道梁1-d竖向挠度变形fd如图12所示。由于悬挂式单轨交通“梁体即为轨道”的特点，小变形的轨道梁将保证轨道线形的可控性以及行车的平顺性，为行车速度的提高提供了前提条件。另一方面，小变形的轨道梁，保证了其和转向架轮胎之间正常的变形匹配，避免了因轨道梁截面变形大导致转向架轮胎被卡住的问题。
对于转向架和车体来说：
离心力、风荷载、摇摆力等横向荷载作用在车体上，并传递到转向架上，使转向架和车体产生横向的晃动。晃动的角度包括转向架相对于轨道梁位置变化产生的转动角度α和车体相对于转向架的晃动角度β，该预应力混凝土底板外伸刚性悬挂式单轨交通体系车体晃动角度如图13所示。
转向架和轨道梁简化受力模型如图14所示。从图中可以看出，由车体传递到转向架的横向荷载可简化为作用在转向架重心位置的一个横向作用力f′和一个力矩m′。由于此处主要分析转向架的抗扭转能力，故只分析力矩m′作用下转向架的受力情况。当转向架受到力矩m′作用时，与轨道梁腹板接触的稳定轮和与轨道梁底板接触的走行轮将产生一对反力f1′来抵抗力矩m′。根据力矩的平衡原理，存在平衡关系m′＝f1′×a′，a′为对角线上导向轮受力点和稳定轮受力点之间的距离。因为f1′的大小一般取决于轨道梁和转向架轮胎的相互作用，故要提高转向架的抗扭能力，只能增大对角线上导向轮受力点和稳定轮受力点之间的距离a′，这等同于增加同侧稳定轮和走行轮之间的距离，即可用同侧稳定轮和走行轮之间的距离大小来衡量一个转向架的抗扭能力，当侧稳定轮和走行轮之间的距离越大，转向架的抗扭能力越大。
一种预应力混凝土底板外伸刚性悬挂式单轨交通体系采用的是增设稳定轮的转向架2-d，该转向架框架结构kd相较于半柔半刚转向架框架在导向轮上方增设了稳定轮。可知稳定轮到走行轮之间的距离大于导向轮到走行轮之间的距离，即用以衡量转向架抗扭能力的距离增大，以此增加了增设稳定轮的刚性转向架2-d的抗扭能力，以实现刚性转向架框架结构的目的；该转向架和车体采用螺栓ld拴接方式进行刚性连接，转向架和车体之间无相对移动，以实现刚性固接的目的。通过以上几方面操作，实现增设稳定轮的转向架2-a为刚性转向架的目的。
试验证明，刚性转向架在受到横向荷载作用时，刚性转向架框架可保证转向架相对于轨道梁的扭转角度α很小，一般不大于4°；而转向架和车体之间采用刚性连接，则消除了车体相对于转向架的晃动角度β。故运营时车体晃动角度(α+β)将被控制在4°以内，这为旅客提供了更好地舒适性；同时也减小了转向架的疲劳作用，降低了体系的安全隐患。
对于桥墩系统而言：
风荷载等横向荷载以及从轨道梁和车体传递来的荷载将作用在桥墩系统上，使桥墩墩顶产生水平位移，盖梁产生竖向挠度，悬挂锚固体系产生横桥向转动或移动并导致轨道梁相对于盖梁产生一个转角θ，如图13所示。此时，桥墩受弯矩和压力作用，盖梁主要受弯矩和剪力作用，悬挂锚固体系主要受竖向拉力、横向力和横向扭矩作用。
该l形桥墩系统3-d的桥墩qd通过增大截面尺寸来提高其受力刚度，以实现刚性桥墩的目的；盖梁gd通过增加盖梁截面高度并配置纵向钢筋和箍筋，并应用预应力技术来提高盖梁的抗弯和抗剪能力，以实现刚性桥墩的目的；悬挂锚固体系通过采用约束横向转动和移动的悬挂支座sd来提高自身的抗晃动变形能力，以实现刚性锚固体系的目的。通过以上几方面操作，实现该l形桥墩系统3-d为刚性桥墩系统的目的。
试验证明，刚性桥墩和刚性盖梁在运营荷载作用下的结构变形较小，满足使用要求；刚性锚固体系可约束轨道梁相对于盖梁的转动，消除轨道梁相对于盖梁的转角θ。解决了半柔半刚悬挂式单轨交通体系中桥墩墩顶位移以及盖梁变形过大导致行车平顺性差、出现跳车等问题。同时，通过消除轨道梁相对于盖梁的转角θ，减小了车体晃动，改善了旅客的舒适性，提高了体系的运量和可靠性。
根据以上分析，采用一种预应力混凝土底板外伸刚性悬挂式单轨交通体系可以很好地控制轨道梁竖向变形和车体的晃动，从而使刚性悬挂式单轨交通体系保持更好的线路线形，保障行车安全及行车平顺性，为提高行车速度提供了条件。同时，减小了车体晃动，改善了旅客的舒适性，提高了体系的运量和可靠性。
实施例五一种钢结构底板外伸刚性悬挂式单轨交通体系
结合图14、图15和图16对基于本专利所述的一种刚性悬挂式单轨交通体系进行示范说明。所述的一种钢结构底板外伸刚性悬挂式单轨交通体系包括钢结构底板外伸箱型轨道梁1-e、增设稳定轮的转向架2-e、l形桥墩系统3-e和车体4-e。
从结构和功能方面来说，钢结构底板外伸箱型轨道梁1-e是主要的承载结构和导向结构，通过悬挂支座se安装在l形桥墩系统3-e的盖梁ge下方。增设稳定轮的转向架2-e置于钢结构底板外伸箱型轨道梁1-e的内部，其走行轮置于加肋钢箱底板de内侧表面上，导向轮置于波纹钢腹板we内侧的下部表面上，稳定轮置于波纹钢腹板we内侧的上部表面上；增设稳定轮的转向架2-e和车体4-e通过螺栓le以拴接的方式刚性连接，形成一个刚性整体。增设稳定轮的转向架2-e主要起到限制车辆晃动的作用。
从受力和变形方面来说，该钢结构底部开口悬挂式单轨交通体系在运营时主要受到的作用有轨道梁的自重、二期恒载、预应力荷载、列车静活载、列车冲击荷载、离心力、风荷载以及列车摇摆力等。
对于轨道梁而言：
在轨道梁自重、二期恒载、预应力荷载、列车静活载、列车冲击荷载等竖向荷载作用下，轨道梁主要承受竖向弯矩和竖向剪力的作用，产生竖向挠度变形。此时，轨道梁顶底板主要用于抗弯作用，顶底板处于受压或受拉状态；轨道梁腹板主要用于抗剪，腹板处于受剪状态。
在离心力、风荷载以及列车摇摆力等横向荷载作用下，轨道梁主要承受横向弯矩、横向剪力和扭矩作用，产生横向变形和扭转变形。此时，轨道梁顶底板主要用于抗弯作用，顶底板处于受弯状态，但考虑到轨道梁顶底板横向宽度较大，导致其横向抗弯刚度也较大，而轨道梁受到的横向弯矩一般较小，故可以忽略横向弯矩作用下的横向变形；轨道梁腹板主要用于抗扭，腹板处于受扭状态。
从以上分析可知，在运营荷载作用下，轨道梁顶底板主要受拉压作用，轨道梁腹板主要受竖向剪力和扭转作用。
一种钢结构底板外伸刚性悬挂式单轨交通体系采用钢结构底板外伸箱型轨道梁1-e，其上顶板采用加肋钢箱顶板ue，并通过增大钢箱高度和增加箱内加劲肋数量来提高其抗拉压能力，以实现刚性顶板的目的；其腹板采用波纹钢腹板we，通过增大波峰波谷间距离以及适当减小波长来提高其抗剪和抗扭能力，以实现刚性腹板的目的；其底板采用加肋钢箱底板de，通过增大钢箱高度和增加箱内加劲肋数量来提高其抗拉压能力，以实现刚性底板的目的。通过以上几方面操作，实现钢结构底板外伸箱型轨道梁1-e为刚性轨道梁的目的。
试验证明，刚性轨道梁一般可以满足在运营荷载作用下的竖向挠度不大于自身跨度的1/800，该钢结构底板外伸箱型轨道梁1-e竖向挠度变形fe如图15所示。由于悬挂式单轨交通“梁体即为轨道”的特点，小变形的轨道梁将保证轨道线形的可控性以及行车的平顺性，为行车速度的提高提供了前提条件。另一方面，小变形的轨道梁，保证了其和转向架轮胎之间正常的变形匹配，避免了因轨道梁截面变形大导致转向架轮胎被卡住的问题。
对于转向架和车体来说：
离心力、风荷载、摇摆力等横向荷载作用在车体上，并传递到转向架上，使转向架和车体产生横向的晃动。晃动的角度包括转向架相对于轨道梁位置变化产生的转动角度α和车体相对于转向架的晃动角度β，该钢结构底板外伸刚性悬挂式单轨交通体系车体晃动角度如图16所示。
转向架和轨道梁简化受力模型如图14所示。从图中可以看出，由车体传递到转向架的横向荷载可简化为作用在转向架重心位置的一个横向作用力f′和一个力矩m′。由于此处主要分析转向架的抗扭转能力，故只分析力矩m′作用下转向架的受力情况。当转向架受到力矩m′作用时，与轨道梁腹板接触的稳定轮和与轨道梁底板接触的走行轮将产生一对反力f1′来抵抗力矩m′。根据力矩的平衡原理，存在平衡关系m′＝f1′×a′，a′为对角线上导向轮受力点和稳定轮受力点之间的距离。因为f1′的大小一般取决于轨道梁和转向架轮胎的相互作用，故要提高转向架的抗扭能力，只能增大对角线上导向轮受力点和稳定轮受力点之间的距离a′，这等同于增加同侧稳定轮和走行轮之间的距离，即可用同侧稳定轮和走行轮之间的距离大小来衡量一个转向架的抗扭能力，当侧稳定轮和走行轮之间的距离越大，转向架的抗扭能力越大。
一种钢结构底板外伸刚性悬挂式单轨交通体系采用的是增设稳定轮的转向架2-e，该转向架框架结构ke相较于半柔半刚转向架框架在导向轮上方增设了稳定轮。可知稳定轮到走行轮之间的距离大于导向轮到走行轮之间的距离，即用以衡量转向架抗扭能力的距离增大，以此增加了增设稳定轮的转向架2-e的抗扭能力，以实现刚性转向架框架结构的目的；该转向架和车体采用螺栓le拴接方式进行刚性连接，转向架和车体之间无相对移动，以实现刚性固接的目的。通过以上几方面操作，实现增设稳定轮的转向架2-e为刚性转向架的目的。
试验证明，刚性转向架在受到横向荷载作用时，刚性转向架框架可保证转向架相对于轨道梁的扭转角度α很小，一般不大于4°；而转向架和车体之间采用刚性连接，则消除了车体相对于转向架的晃动角度β。故运营时车体晃动角度(α+β)将被控制在4°以内，这为旅客提供了更好地舒适性；同时也减小了转向架的疲劳作用，降低了体系的安全隐患。
对于桥墩系统而言：
风荷载等横向荷载以及从轨道梁和车体传递来的荷载将作用在桥墩系统上，使桥墩墩顶产生水平位移，盖梁产生竖向挠度，悬挂锚固体系产生横桥向转动或移动并导致轨道梁相对于盖梁产生一个转角θ，如图16所示。此时，桥墩受弯矩和压力作用，盖梁主要受弯矩和剪力作用，悬挂锚固体系主要受竖向拉力、横向力和横向扭矩作用。
该l形桥墩系统3-e的桥墩qe通过增大截面尺寸来提高其受力刚度，以实现刚性桥墩的目的；盖梁ge通过增加盖梁截面高度并配置纵向钢筋和箍筋来提高盖梁的抗弯和抗剪能力，以实现刚性桥墩的目的；悬挂锚固体系通过采用约束横向转动和移动的悬挂支座se来提高自身的抗晃动变形能力，以实现刚性锚固体系的目的。通过以上几方面操作，实现该l形桥墩系统3-e为刚性桥墩系统的目的。
试验证明，刚性桥墩和刚性盖梁在运营荷载作用下的结构变形较小，满足使用要求；刚性锚固体系可约束轨道梁相对于盖梁的转动，消除轨道梁相对于盖梁的转角θ。解决了半柔半刚悬挂式单轨交通体系中桥墩墩顶位移以及盖梁变形过大导致行车平顺性差、出现跳车等问题。同时，通过消除轨道梁相对于盖梁的转角θ，减小了车体晃动，改善了旅客的舒适性，提高了体系的运量和可靠性。
根据以上分析，采用一种钢结构底板外伸刚性悬挂式单轨交通体系可以很好地控制轨道梁竖向变形和车体的晃动，从而使刚性悬挂式单轨交通体系保持更好的线路线形，保障行车安全及行车平顺性，为提高行车速度提供了条件。同时，减小了车体晃动，改善了旅客的舒适性，提高了体系的运量和可靠性。
实施例六一种钢混组合结构底板外伸刚性悬挂式单轨交通体系
结合图14、图17和图18对基于本专利所述的一种钢混组合结构底板外伸刚性悬挂式单轨交通体系进行示范说明。所述的一种钢混组合结构底板外伸刚性悬挂式单轨交通体系包括钢混组合结构底板外伸箱型轨道梁1-f、增设稳定轮的转向架2-f、t形桥墩系统3-f和车体4-f。
从结构和功能方面来说，钢混组合结构底板外伸箱型轨道梁1-f是主要的承载结构和导向结构，通过悬挂支座sf安装在t形桥墩系统3-f的盖梁gf下方。增设稳定轮的转向架2-f置于钢混组合结构底板外伸箱型轨道梁1-f的内部，其走行轮置于预应力混凝土底板df内侧表面上，导向轮置于波纹钢腹板wf内侧的下部表面上，稳定轮置于波纹钢腹板wf内侧的上部表面上；增设稳定轮的转向架2-f和车体4-f通过螺栓lf以拴接的方式刚性连接，形成一个刚性整体。增设稳定轮的转向架2-f主要起到限制车辆晃动的作用。
从受力和变形方面来说，该钢结构底部开口悬挂式单轨交通体系在运营时主要受到的作用有轨道梁的自重、二期恒载、预应力荷载、列车静活载、列车冲击荷载、离心力、风荷载以及列车摇摆力等。
对于轨道梁而言：
在轨道梁自重、二期恒载、预应力荷载、列车静活载、列车冲击荷载等竖向荷载作用下，轨道梁主要承受竖向弯矩和竖向剪力的作用，产生竖向挠度变形。此时，轨道梁顶底板主要用于抗弯作用，顶底板处于受压或受拉状态；轨道梁腹板主要用于抗剪，腹板处于受剪状态。
在离心力、风荷载以及列车摇摆力等横向荷载作用下，轨道梁主要承受横向弯矩、横向剪力和扭矩作用，产生横向变形和扭转变形。此时，轨道梁顶底板主要用于抗弯作用，顶底板处于受弯状态，但考虑到轨道梁顶底板横向宽度较大，导致其横向抗弯刚度也较大，而轨道梁受到的横向弯矩一般较小，故可以忽略横向弯矩作用下的横向变形；轨道梁腹板主要用于抗扭，腹板处于受扭状态。
从以上分析可知，在运营荷载作用下，轨道梁顶底板主要受拉压作用，轨道梁腹板主要受竖向剪力和扭转作用。
一种钢混组合结构底板外伸刚性悬挂式单轨交通体系采用钢混组合结构底板外伸箱型轨道梁1-f，其上顶板采用钢筋混凝土顶板uf，并通过增大顶板厚度和配置纵向钢筋来提高其抗拉压能力，以实现刚性顶板的目的；其腹板采用波纹钢腹板wf，通过增大波峰波谷间距离以及适当减小波长来提高其抗剪和抗扭能力，以实现刚性腹板的目的；其底板采用预应力混凝土底板df，通过增大底板厚度、配置纵向钢筋以及应用预应力技术来提高其抗拉压能力，以实现刚性底板的目的。通过以上几方面操作，实现钢混组合结构底板外伸箱型轨道梁1-f为刚性轨道梁的目的。
试验证明，刚性轨道梁一般可以满足在运营荷载作用下的竖向挠度不大于自身跨度的1/800，该钢混组合结构底板外伸箱型轨道梁1-f竖向挠度变形ff如图17所示。由于悬挂式单轨交通“梁体即为轨道”的特点，小变形的轨道梁将保证轨道线形的可控性以及行车的平顺性，为行车速度的提高提供了前提条件。另一方面，小变形的轨道梁，保证了其和转向架轮胎之间正常的变形匹配，避免了因轨道梁截面变形大导致转向架轮胎被卡住的问题。
对于转向架和车体来说：
离心力、风荷载、摇摆力等横向荷载作用在车体上，并传递到转向架上，使转向架和车体产生横向的晃动。晃动的角度包括转向架相对于轨道梁位置变化产生的转动角度α和车体相对于转向架的晃动角度β，该钢混组合结构底板外伸刚性悬挂式单轨交通体系车体晃动角度如图18所示。
转向架和轨道梁简化受力模型如图14所示。从图中可以看出，由车体传递到转向架的横向荷载可简化为作用在转向架重心位置的一个横向作用力f′和一个力矩m′。由于此处主要分析转向架的抗扭转能力，故只分析力矩m′作用下转向架的受力情况。当转向架受到力矩m′作用时，与轨道梁腹板接触的稳定轮和与轨道梁底板接触的走行轮将产生一对反力f1′来抵抗力矩m′。根据力矩的平衡原理，存在平衡关系m′＝f1′×a′，a′为对角线上导向轮受力点和稳定轮受力点之间的距离。因为f1′的大小一般取决于轨道梁和转向架轮胎的相互作用，故要提高转向架的抗扭能力，只能增大对角线上导向轮受力点和稳定轮受力点之间的距离a′，这等同于增加同侧稳定轮和走行轮之间的距离，即可用同侧稳定轮和走行轮之间的距离大小来衡量一个转向架的抗扭能力，当侧稳定轮和走行轮之间的距离越大，转向架的抗扭能力越大。
一种钢混组合结构底板外伸刚性悬挂式单轨交通体系采用的是增设稳定轮的转向架2-f，该转向架框架结构kf相较于半柔半刚转向架框架在导向轮上方增设了稳定轮。可知稳定轮到走行轮之间的距离大于导向轮到走行轮之间的距离，即用以衡量转向架抗扭能力的距离增大，以此增加了增设稳定轮的转向架2-f的抗扭能力，以实现刚性转向架框架结构的目的；该转向架和车体采用螺栓lf拴接方式进行刚性连接，转向架和车体之间无相对移动，以实现刚性固接的目的。通过以上几方面操作，实现增设稳定轮的转向架2-f为刚性转向架的目的。
试验证明，刚性转向架在受到横向荷载作用时，刚性转向架框架可保证转向架相对于轨道梁的扭转角度α很小，一般不大于4°；而转向架和车体之间采用刚性连接，则消除了车体相对于转向架的晃动角度β。故运营时车体晃动角度(α+β)将被控制在4°以内，这为旅客提供了更好地舒适性；同时也减小了转向架的疲劳作用，降低了体系的安全隐患。
对于桥墩系统而言：
风荷载等横向荷载以及从轨道梁和车体传递来的荷载将作用在桥墩系统上，使桥墩墩顶产生水平位移，盖梁产生竖向挠度，悬挂锚固体系产生横桥向转动或移动并导致轨道梁相对于盖梁产生一个转角θ，如图18所示。此时，桥墩受弯矩和压力作用，盖梁主要受弯矩和剪力作用，悬挂锚固体系主要受竖向拉力、横向力和横向扭矩作用。
该t形桥墩系统3-f的桥墩qf通过增大截面尺寸来提高其受力刚度，以实现刚性桥墩的目的；盖梁gf通过增加盖梁截面高度并配置纵向钢筋和箍筋来提高盖梁的抗弯和抗剪能力，以实现刚性桥墩的目的；悬挂锚固体系通过采用约束横向转动和移动的悬挂支座sf来提高自身的抗晃动变形能力，以实现刚性锚固体系的目的。通过以上几方面操作，实现该t形桥墩系统3-f为刚性桥墩系统的目的。
试验证明，刚性桥墩和刚性盖梁在运营荷载作用下的结构变形较小，满足使用要求；刚性锚固体系可约束轨道梁相对于盖梁的转动，消除轨道梁相对于盖梁的转角θ。解决了半柔半刚悬挂式单轨交通体系中桥墩墩顶位移以及盖梁变形过大导致行车平顺性差、出现跳车等问题。同时，通过消除轨道梁相对于盖梁的转角θ，减小了车体晃动，改善了旅客的舒适性，提高了体系的运量和可靠性。
根据以上分析，采用一种钢混组合结构底板外伸刚性悬挂式单轨交通体系可以很好地控制轨道梁竖向变形和车体的晃动，从而使刚性悬挂式单轨交通体系保持更好的线路线形，保障行车安全及行车平顺性，为提高行车速度提供了条件。同时，减小了车体晃动，改善了旅客的舒适性，提高了体系的运量和可靠性。
以上所述的具体实施方法，对本专利的目的、技术方案和有益效果进行了说明。所应强调的是，以上所述仅为本专利的具体实施例而已，并不能用于限制本专利的范围。凡在本专利的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本专利的保护范围之内。