[发明专利]预应力轨道梁及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及有轨车辆的行驶轨道，特别是一种磁悬浮等高速轨道交通的预应力轨道梁及其制造方法。

背景技术

磁悬浮列车是一种高速运行的运载系统。其在高速运行时，对支撑结构即轨道结构有异常高的精度要求。首先，对轨道结构受力特性而言，要求轨道结构在列车活动荷载、环境温度和长期荷载作用下，对变形要求非常严格；同时对轨道结构的动力特性有严格限制，磁悬浮列车要求轨道结构的一阶自振频率必须大于1.1倍行车运行速度与轨道结构跨度比。其次，磁悬浮列车等列车运行系统对轨道结构的功能区部分提出了非常严格的精度要求，功能区部分位于轨道结构的顶部两侧，包括顶面两侧滑行轨面、两侧列车导向面和定子铁芯底面，对于以上三个功能面精度要求都在1mm或1mm以内(0.4mm)。以上磁悬浮列车系统对轨道结构的要求决定了磁悬浮列车轨道结构与常规铁路桥梁或轨道结构有较大差异。

根据结构分析计算可知，满足磁悬浮列车运行技术要求的轨道结构，要求有足够大的刚度。和传统意义上的梁不同，不再是应力(内力)控制设计，而是变形控制设计。对于如此之大的刚度，钢筋混凝土结构会在正常运营过程中出现裂缝，降低梁的刚度，跨度也不能太大，故这种结构难以满足磁悬浮的要求；钢结构虽然较轻，变形比较容易控制，但其属于薄壁结构，满足磁悬浮轨道结构刚度要求的截面必须做得很大，工程造价较高；预应力混凝土结构有刚度大、可以通过预应力调整施工各阶段的变形等优点，比较适合磁悬浮等轨道交通对变形要求很高的轨道结构。

对于常规预应力混凝土结构，混凝土收缩和徐变对梁的长期变形影响很大，而磁悬浮系统要求由于材料因素引起的长期变形在长波误差范围内(最大变形不能超过1mm)；而且在功能区加工前对梁体变形也有较严格的限制，这是因为连接件在制梁时已预埋在梁体上，连接件机加工时将连接件和功能件用高强螺栓连接，而连接件机加工余量有限。对于传统预应力设计，往往是应力控制，按各种荷载引起内力的最不利组合进行预应力设计，计算变形只作为正常使用状态校核，一般误差在10mm都是允许的。但对于磁悬浮系统，长期变形在竖向和横向均要在长波误差范围内(最大变形不能超过1mm)。因此，如何进行预应力设计成了决定预应力混凝土结构能否满足磁悬浮系统要求的关键。

发明内容

本发明要解决的技术问题是根据预应力设计提供一种预应力轨道梁及其制造安装方法，以保障该轨道梁始终能满足磁悬浮轨道梁的变形要求。

本发明的技术解决方案的精髓是控制各施工阶段均保持轴心受压状态，将轨道梁段由混凝土收缩和徐变产生的变形控制在很小的范围内。在预制轨道梁过程中分三次施加预应力：一次先张法预应力和两次后张法预应力。

具体地说，本发明预应力轨道梁，包括梁顶板、梁底板和梁腹板，其特点是：

1.在梁顶板内和梁底板的左、右两部位分别设置若干轴心先张法预应力束，使上、下缘预应力对截面重心轴的力矩相等，保证在所有轴心先张法预应力作用下全截面轴心受压。先张法预应力束的数量根据可变荷载、其他可变荷载以及施工荷载计算确定。

2.在轨道梁底板的中间部位设置若干偏心先张法预应力束，以平衡梁体一部分自重，根据弯矩图确定其隔离长度，使截面下缘产生预压应力。偏心先张法预应力束的数量按变形控制要求和施工阶段应力来确定。

3.在轨道梁腹板内按二次抛物线线形各设置一条第一次后张法预应力束，以平衡偏心先张法预应力未平衡的梁体自重产生的内力，使其张拉完成后，轨道梁全截面处于轴心受压状态。

4.在轨道梁两腹板内还按二次抛物线线形各设置一条第二次后张法预应力束，以平衡功能件等附属设施重量以及在此之前由于收缩和徐变产生的内力，张拉时施加与功能件等附属设备相同重量的等值荷载，第二次后张法预应力施加完成后，轨道梁全截面再次调整到轴心受压状态。

对于曲线轨道梁，在其曲线内侧的顶板和底板中还应设置有横向偏心先张法预应力束，其数量是根据梁体自重和附属设备重量产生的横向弯矩确定的。

5.为了实施对该预应力梁长期变形的调整，还设有体外预应力束，即在该预应力梁的空腔的梁底板的两侧的顶面上约1/4跨度处固设有转向装置，两根折线形体外预应力管道穿过所说转向装置和梁顶板，供体外预应力束穿设，其体外预应力束的锚固端位于梁顶板两端的顶面处。

上面说过，本发明的技术解决方案的精髓是在施工和运营阶段，轨道梁理论上均保持轴心受压状态，将轨道梁段由收缩和徐变产生的变形控制在1mm范围内，由此本发明预应力轨道梁的制造方法包括下列步骤：