高速磁浮大跨度橋梁設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系軌道交通橋梁研究室2022年12月6日“十一五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃“高速磁浮交通技術(shù)創(chuàng)新及產(chǎn)業(yè)化研究”1引言1磁浮大跨度橋梁設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究2高速磁浮跨黃浦江橋梁方案研究3三塔斜拉橋方案介紹4主要內(nèi)容高速磁浮大跨度橋梁設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)2引言1高速磁浮大跨度橋梁設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)3本課題研究跨越黃浦江的大跨度高速磁浮橋梁關(guān)鍵技術(shù)、主要設(shè)計(jì)參數(shù)和設(shè)計(jì)指南、可行的技術(shù)方案，為準(zhǔn)備修建的上海浦東機(jī)場(chǎng)到虹橋機(jī)場(chǎng)磁浮交通線做好必要的技術(shù)準(zhǔn)備。磁浮交通橋梁剛度要求高，變形限值要求非常嚴(yán)格，與道路橋梁和鐵路橋梁相比，有其獨(dú)特的技術(shù)要求。1.1概述高速磁浮大跨度橋梁設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)41.1概述高速磁浮大跨度橋梁設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)磁浮上海機(jī)場(chǎng)聯(lián)絡(luò)線沿A15公路南側(cè)跨越黃浦江，大橋位于現(xiàn)有閔浦大橋南側(cè)；考慮施工可行性、減小相互影響為前提，盡量靠近閔浦大橋，減少用地；兩橋中線間距離約85m，橋面凈距約50m；磁浮跨黃浦江橋梁工程5要建造跨越黃浦江的磁浮大跨橋梁，目前沒(méi)有現(xiàn)成的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)可循，也沒(méi)有已建成的大跨橋梁的經(jīng)驗(yàn)可供借鑒，磁浮交通大跨橋梁設(shè)計(jì)、建造技術(shù)存在著許多人們尚未認(rèn)識(shí)且有待研究的東西。因此開(kāi)展大跨度磁浮橋梁設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)的前期研究無(wú)論是對(duì)上海磁浮交通線的建設(shè)，還是對(duì)磁浮交通技術(shù)的發(fā)展與推廣均具有重要的理論意義和工程實(shí)際應(yīng)用意義。高速磁浮大跨度橋梁設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)1.1概述6磁浮列車(chē)是一種利用電磁力實(shí)現(xiàn)車(chē)輛支撐、牽引和導(dǎo)向的交通運(yùn)輸工具，其結(jié)構(gòu)形式既具有常規(guī)輪軌接觸式鐵路交通的特點(diǎn)，又有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)形式和系統(tǒng)工作原理：非接觸式的電磁懸浮、導(dǎo)向系統(tǒng)、非接觸式的牽引和制動(dòng)。磁懸浮列車(chē)沒(méi)有傳統(tǒng)火車(chē)的車(chē)輪，靠巨大的電磁力（吸引力或排斥力）支撐而懸浮在導(dǎo)軌上，運(yùn)行時(shí)除了空氣摩擦阻力外，沒(méi)有傳統(tǒng)的輪軌摩擦阻力和其它阻力，能達(dá)到傳統(tǒng)陸地交通工具空前未有的速度（時(shí)速可達(dá)500km／h）。高速磁浮大跨度橋梁設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)1.2磁浮交通簡(jiǎn)介7磁浮列車(chē)?yán)秒姶盼虺饬腋『蛯?dǎo)向車(chē)體，采用直線電機(jī)牽引列車(chē)。按電磁力的產(chǎn)生方式，目前磁浮列車(chē)己采用的電磁懸浮模式可分為：永磁懸浮PMS（PermanentMagnetSuspension），代表車(chē)型有德國(guó)M-bahn；常導(dǎo)電磁懸浮EMS（ElectromagneticSuspension），以可控電磁鐵為主形成磁吸式系列，代表車(chē)型有德國(guó)Transrapid、日本HSST、韓國(guó)Komag，懸浮氣隙穩(wěn)定在8~12mm，最多為20mm（如真空管道列車(chē)）；高速磁浮大跨度橋梁設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)1.2磁浮交通簡(jiǎn)介8超導(dǎo)電動(dòng)懸浮EDS（ElectrodynamicSuspension）；研究表明，超導(dǎo)磁體具有自身穩(wěn)定調(diào)控能力，其懸浮狀態(tài)的實(shí)現(xiàn)一般無(wú)需外界控制系統(tǒng)。低速時(shí)抬車(chē)力小，故車(chē)輛加輔助輪，高速時(shí)車(chē)體可達(dá)100～300mm的懸浮高度，代表車(chē)型有日本研制的MLU001、MLU002、MLU002N及MLX01型；高溫超導(dǎo)HTS（HighTemperatureSuperconductor）懸??；（5）混合電磁懸浮，以上四種基本懸浮方式的組合，如PMS與EMS組合。高速磁浮大跨度橋梁設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)1.2磁浮交通簡(jiǎn)介9高速磁浮大跨度橋梁設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)1.2磁浮交通簡(jiǎn)介磁浮列車(chē)懸浮方式與結(jié)構(gòu)示意圖10高速磁浮浮大跨度度橋梁設(shè)設(shè)計(jì)關(guān)鍵鍵技術(shù)1.2磁浮交通通簡(jiǎn)介磁浮列車(chē)車(chē)懸浮方方式與結(jié)結(jié)構(gòu)示意意圖11高速磁浮浮大跨度度橋梁設(shè)設(shè)計(jì)關(guān)鍵鍵技術(shù)1.2磁浮交通通簡(jiǎn)介美國(guó)中低低速磁懸懸浮車(chē)輛輛概念圖圖12高速磁浮浮大跨度度橋梁設(shè)設(shè)計(jì)關(guān)鍵鍵技術(shù)1.2磁浮交通通簡(jiǎn)介國(guó)防科大大CMS-03A工程樣車(chē)車(chē)西西南交交大中低低速磁浮浮列車(chē)13高速磁浮浮大跨度度橋梁設(shè)設(shè)計(jì)關(guān)鍵鍵技術(shù)1.2磁浮交通通簡(jiǎn)介日本超導(dǎo)導(dǎo)磁懸浮浮試驗(yàn)車(chē)車(chē)上上海海磁懸浮浮14高速磁浮浮大跨度度橋梁設(shè)設(shè)計(jì)關(guān)鍵鍵技術(shù)1.2磁浮交通通簡(jiǎn)介德國(guó)磁浮浮列車(chē)TR08結(jié)構(gòu)原理理圖15目前已修修建的磁磁浮交通通橋梁的的數(shù)量有有限，其其結(jié)構(gòu)形形式主要要是小跨跨徑的簡(jiǎn)簡(jiǎn)支梁，，只有日日本山梨梨試驗(yàn)線線修建了了跨度超超百米的的用于超超導(dǎo)系統(tǒng)統(tǒng)的尼爾爾森體系系系桿拱拱橋，而而常導(dǎo)磁磁懸浮系系統(tǒng)的超超百米跨跨度橋梁梁的建設(shè)設(shè)在世界界上尚無(wú)無(wú)先例，，迄今為為止人們們對(duì)大跨跨磁浮交交通橋梁梁建造技技術(shù)的認(rèn)認(rèn)識(shí)和實(shí)實(shí)踐均處處于初級(jí)級(jí)階段。。高速磁浮浮大跨度度橋梁設(shè)設(shè)計(jì)關(guān)鍵鍵技術(shù)1.3磁浮軌道道梁簡(jiǎn)介介16軌道梁的的特點(diǎn)可可以概括括為以下下幾點(diǎn):一般均采采用高架架結(jié)構(gòu);以小跨度度為主;剛度大、、整體性性好;重視改善善結(jié)構(gòu)耐耐久性，，便于檢檢查、維維修。高速磁浮浮大跨度度橋梁設(shè)設(shè)計(jì)關(guān)鍵鍵技術(shù)1.3磁浮軌道道梁簡(jiǎn)介介17高速磁浮浮大跨度度橋梁設(shè)設(shè)計(jì)關(guān)鍵鍵技術(shù)1.3磁浮軌道道梁簡(jiǎn)介介德國(guó)高速速磁浮軌軌道梁變變遷18常規(guī)的中中小跨徑徑軌道梁梁高速磁浮浮大跨度度橋梁設(shè)設(shè)計(jì)關(guān)鍵鍵技術(shù)上海浦東東磁浮示示范運(yùn)營(yíng)營(yíng)線軌道道梁1.3磁浮軌道道梁簡(jiǎn)介介19高速磁浮浮大跨度度橋梁設(shè)設(shè)計(jì)關(guān)鍵鍵技術(shù)上海浦東東磁浮示示范運(yùn)營(yíng)營(yíng)線軌道道梁——12.384m預(yù)應(yīng)力力砼梁1.3磁浮軌道道梁簡(jiǎn)介介常規(guī)的中中小跨徑徑軌道梁梁20高速磁浮浮大跨度度橋梁設(shè)設(shè)計(jì)關(guān)鍵鍵技術(shù)上海浦東東磁浮示示范運(yùn)營(yíng)營(yíng)線軌道道梁——2×24.768m鋼鋼砼復(fù)合合梁1.3磁浮軌道道梁簡(jiǎn)介介常規(guī)的中中小跨徑徑軌道梁梁21上海線跨跨越浦東東運(yùn)河等等有通航航等級(jí)河河道時(shí)采采用了橋上軌道道梁結(jié)構(gòu)構(gòu)，結(jié)構(gòu)為為迭合式式體系。。橋上軌軌道梁為為6.192m的鋼筋砼砼板梁，，下部支支撐結(jié)構(gòu)構(gòu)為三跨跨連續(xù)鋼鋼梁，主主跨跨徑徑45m。板梁與與下部鋼鋼梁間采采用連接接型鋼及及高強(qiáng)螺螺栓、焊焊釘連接接。高速磁浮浮大跨度度橋梁設(shè)設(shè)計(jì)關(guān)鍵鍵技術(shù)上海浦東東磁浮示示范運(yùn)營(yíng)營(yíng)線軌道道梁——迭合鋼梁梁橫斷面面橋上軌道道梁結(jié)構(gòu)構(gòu)1.3磁浮軌道道梁簡(jiǎn)介介22日本山梨梨實(shí)驗(yàn)線線小形山山尼爾森森拱橋迄今為止止，最大大跨度磁磁懸浮交交通橋梁梁是日本本山梨實(shí)實(shí)驗(yàn)線上上的小形形山橋，，該橋?yàn)闉閱慰纭?、雙線提提籃式尼尼爾森體體系系桿桿拱橋，，跨長(zhǎng)為136.5m，拱肋矢矢高為23m，中距為為15m，寬跨比比約為1/9,拱肋、系系桿以及及橋面的的橫梁均均采用鋼鋼結(jié)構(gòu)，，橫梁間間距為15m，與采用用輕質(zhì)混混凝土材材料軌道道梁為縱縱梁組成成橋面系系，吊桿桿采用斜斜吊桿，，傾斜角角為60度。小形山橋橋位于山山梨試驗(yàn)驗(yàn)線的端端頭附近近，行車(chē)車(chē)的速度度將小于于正常的的試驗(yàn)運(yùn)運(yùn)行速度度。高速磁浮浮大跨度度橋梁設(shè)設(shè)計(jì)關(guān)鍵鍵技術(shù)大跨度磁磁浮交通通橋梁1.3磁浮軌道道梁簡(jiǎn)介介23德方建議議將帶有有高精度度功能面面的軌面面結(jié)構(gòu)架架設(shè)在常常規(guī)橋梁梁結(jié)構(gòu)上上(稱(chēng)其為迭迭合梁結(jié)結(jié)構(gòu))，以跨越越大的障障礙。目目前適合合于磁浮浮列車(chē)運(yùn)運(yùn)行的迭迭合梁結(jié)結(jié)構(gòu)在國(guó)國(guó)內(nèi)外均均無(wú)先例例，至今今未見(jiàn)有有關(guān)該結(jié)結(jié)構(gòu)研究究的公開(kāi)開(kāi)報(bào)道。。針對(duì)磁浮浮迭合梁梁結(jié)構(gòu)的的研究方方法、需需滿足的的變形控控制指標(biāo)標(biāo)及限值值、結(jié)構(gòu)構(gòu)型式、、變形影影響因素素、結(jié)構(gòu)構(gòu)主要設(shè)設(shè)計(jì)參數(shù)數(shù)合理取取值范圍圍以及德德方提供供的經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)公式能能否滿足足磁浮迭迭合梁動(dòng)動(dòng)力設(shè)計(jì)計(jì)等問(wèn)題題都巫待待研究并并解決。。高速磁浮浮大跨度度橋梁設(shè)設(shè)計(jì)關(guān)鍵鍵技術(shù)1.4磁浮大跨跨度橋梁梁——迭合梁（梁上梁梁）結(jié)構(gòu)構(gòu)24高速磁浮浮大跨度度橋梁設(shè)設(shè)計(jì)關(guān)鍵鍵技術(shù)磁浮迭合合梁由上上層軌面面結(jié)構(gòu)、、下層橋橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)及上下下層連接接機(jī)構(gòu)三三部分組組成，其其中，上層軌面面結(jié)構(gòu)，，即軌道道梁，提供功功能區(qū)的的三個(gè)功功能面并并將功能能區(qū)的受受力通過(guò)過(guò)連接機(jī)機(jī)構(gòu)傳遞遞給承重重梁；下層橋梁梁結(jié)構(gòu)（（大跨度度橋梁）），為上層層軌道梁梁提供支支承，保保證列車(chē)車(chē)的安全全、平穩(wěn)穩(wěn)運(yùn)行；；連接機(jī)構(gòu)構(gòu)是上下層層結(jié)構(gòu)之之間的連連接及傳傳力機(jī)構(gòu)構(gòu)。1.4磁浮大跨跨度橋梁梁——迭合梁（梁上梁梁）結(jié)構(gòu)構(gòu)25高速磁浮浮大跨度度橋梁設(shè)設(shè)計(jì)關(guān)鍵鍵技術(shù)1.4磁浮大跨跨度橋梁梁——迭合梁（梁上梁梁）結(jié)構(gòu)構(gòu)26高速磁浮浮大跨度度橋梁設(shè)設(shè)計(jì)關(guān)鍵鍵技術(shù)1.4磁浮大跨跨度橋梁梁——迭合梁（梁上梁梁）結(jié)構(gòu)構(gòu)27磁浮大跨度橋梁設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究2高速磁浮浮大跨度度橋梁設(shè)設(shè)計(jì)關(guān)鍵鍵技術(shù)28高速磁浮浮大跨度度橋梁設(shè)設(shè)計(jì)關(guān)鍵鍵技術(shù)2.1高速磁浮浮大跨度度橋梁設(shè)設(shè)計(jì)關(guān)鍵鍵技術(shù)研究?jī)?nèi)容容跨越黃浦浦江的磁磁浮大跨跨度橋梁梁技術(shù)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)要求求：列車(chē)過(guò)橋橋速度不不低于350km/h，并考考慮雙線線列車(chē)橋橋上交會(huì)會(huì)的情況況，本課題題研究是是在上述述標(biāo)準(zhǔn)的的前提下下展開(kāi)的的，對(duì)更更高的車(chē)車(chē)速（420km/h）只做做一般性性的探索索。29大跨度橋橋梁車(chē)橋橋相互動(dòng)動(dòng)力作用用以及變變形對(duì)列列車(chē)走行行性影響響的機(jī)理理研究；；大跨度橋橋梁關(guān)鍵鍵設(shè)計(jì)參參數(shù)限值值的研究究；通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)關(guān)鍵技技術(shù)研究究和橋梁梁方案研研究，總總結(jié)提煉煉磁浮交交通大跨跨度橋梁梁設(shè)計(jì)指指南；大跨度橋橋梁主梁梁伸縮縫縫裝置的的研究；；橋梁抗風(fēng)風(fēng)和橫風(fēng)風(fēng)對(duì)列車(chē)車(chē)走行性性的影響響。高速磁浮浮大跨度度橋梁設(shè)設(shè)計(jì)關(guān)鍵鍵技術(shù)2.1高速磁浮浮大跨度度橋梁設(shè)設(shè)計(jì)關(guān)鍵鍵技術(shù)研究?jī)?nèi)容容30(1)．大跨度度橋梁車(chē)車(chē)橋相互互動(dòng)力作作用以及及變形對(duì)對(duì)列車(chē)走走行性影影響的機(jī)機(jī)理研究究；本項(xiàng)研究究是后續(xù)續(xù)研究的的基礎(chǔ)。。主要研研究磁浮浮大跨橋橋梁（梁梁上梁結(jié)結(jié)構(gòu)形式式）車(chē)輛輛與橋梁梁動(dòng)力相相互作用用機(jī)理和和大跨橋橋梁變形形對(duì)列車(chē)車(chē)走行性性影響：：如車(chē)輛輛過(guò)橋時(shí)時(shí)對(duì)橋梁梁激振力力的幅值值和主要要作用的的頻率；；橋梁變變形對(duì)列列車(chē)走行行的影響響以及影影響耦合合作用的的主要因因素等。。高速磁浮浮大跨度度橋梁設(shè)設(shè)計(jì)關(guān)鍵鍵技術(shù)2.1高速磁浮浮大跨度度橋梁設(shè)設(shè)計(jì)關(guān)鍵鍵技術(shù)研究?jī)?nèi)容容31高速磁浮浮大跨度度橋梁設(shè)設(shè)計(jì)關(guān)鍵鍵技術(shù)研究過(guò)程程要涉及及到大型型計(jì)算軟軟件的編編制，應(yīng)應(yīng)用大型型計(jì)算機(jī)機(jī)的仿真真計(jì)算模模擬車(chē)輛輛過(guò)橋時(shí)時(shí)車(chē)、橋橋動(dòng)力響響應(yīng)的狀狀況，同同時(shí)進(jìn)進(jìn)行一些些必要的的既有橋橋梁的動(dòng)動(dòng)力試驗(yàn)驗(yàn)，檢驗(yàn)驗(yàn)所采用用的理論論和計(jì)算算結(jié)果的的正確性性。32在第一部部分理論論研究的的基礎(chǔ)上上，進(jìn)一一步研究究影響磁磁浮橋梁梁設(shè)計(jì)中中關(guān)鍵設(shè)設(shè)計(jì)參數(shù)數(shù)限值要要求的本本質(zhì)問(wèn)題題和限值值的依據(jù)據(jù)，然后后綜合各各種影響響因素，，分析確確定大跨跨度橋梁梁關(guān)鍵設(shè)設(shè)計(jì)參數(shù)數(shù)限值。。(2).大跨度橋橋梁關(guān)鍵鍵設(shè)計(jì)參參數(shù)限值值的研究究2.1高速磁浮浮大跨度度橋梁設(shè)設(shè)計(jì)關(guān)鍵鍵技術(shù)研究?jī)?nèi)容容33主要內(nèi)容有：：大跨度橋橋梁主梁梁的豎向向、橫向向撓跨比比設(shè)計(jì)參參數(shù)限值值的確定定；主梁豎向向、橫向向梁端折折角限值值的確定定；主梁的扭扭轉(zhuǎn)變形形和的頻頻率限值值的研究究；主梁動(dòng)力力放大系系數(shù)及動(dòng)動(dòng)力響應(yīng)應(yīng)變化規(guī)規(guī)律等。。高速磁浮浮大跨度度橋梁設(shè)設(shè)計(jì)關(guān)鍵鍵技術(shù)34(3).通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)關(guān)鍵技技術(shù)研究究和橋梁梁方案研研究，總總結(jié)提煉煉磁浮交交通大跨跨度橋梁梁設(shè)計(jì)指指南指南主要要內(nèi)容包包括以下下幾個(gè)部部分：大跨度橋橋梁的構(gòu)構(gòu)造要求求（包括括軌道梁梁形式等等）；大跨度橋橋梁的關(guān)關(guān)鍵設(shè)計(jì)計(jì)參數(shù)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)；大跨度橋橋梁橋梁梁剛度和和動(dòng)力性性能檢算算要求和和技術(shù)。。高速磁浮浮大跨度度橋梁設(shè)設(shè)計(jì)關(guān)鍵鍵技術(shù)2.1高速磁浮浮大跨度度橋梁設(shè)設(shè)計(jì)關(guān)鍵鍵技術(shù)研究?jī)?nèi)容容35大跨度橋橋梁梁端端伸縮變變形較大大，導(dǎo)致致主梁梁梁端、軌軌道梁的的移動(dòng)以以及電磁磁線圈模模數(shù)取整整的問(wèn)題題，甚至至影響電電磁作用用力作用用的方向向，因此此要研究究伸縮縫縫處合理理構(gòu)造和和處理方方法，保保證電磁磁作用力力不受梁梁端變形形的影響響。中小跨徑徑軌道梁梁由于伸伸縮變形形小，不不存在這這樣的問(wèn)問(wèn)題(4).大跨度橋梁梁主梁伸縮縮縫裝置的的研究高速磁浮大大跨度橋梁梁設(shè)計(jì)關(guān)鍵鍵技術(shù)2.1高速磁浮大大跨度橋梁梁設(shè)計(jì)關(guān)鍵鍵技術(shù)研究?jī)?nèi)容36該項(xiàng)研究主主要內(nèi)容包包括：輪軌橋梁伸伸縮縫構(gòu)造造的調(diào)研；；伸縮縫對(duì)磁磁浮列車(chē)電電磁力影響響的變化規(guī)規(guī)律；磁浮橋梁伸縮縮縫合理伸縮縮量值確定；；保證車(chē)輛走行行安全的伸縮縮構(gòu)造的提出出。高速磁浮大跨跨度橋梁設(shè)計(jì)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)37(5).橋梁抗風(fēng)和橫橫風(fēng)對(duì)列車(chē)走走行性的影響響研究相鄰橋梁梁（閔浦大橋橋和擬建磁浮浮交通橋梁））尾流效應(yīng)對(duì)對(duì)新建橋梁和和既有橋梁的的影響。高速磁浮大跨跨度橋梁設(shè)計(jì)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)2.1高速磁浮大跨跨度橋梁設(shè)計(jì)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究?jī)?nèi)容382.2.1.磁浮軌道梁剛剛度控制的幾幾個(gè)主要指標(biāo)標(biāo)主梁豎向撓跨比，橫向撓跨比（控制橋面撓撓曲變形程度度，保持平順順性）；(2)主梁豎向、橫向最最小頻率限值（避免產(chǎn)生過(guò)過(guò)大的動(dòng)力響響應(yīng)）；(3)主梁上方的軌軌道梁梁端最大折角角限值。2.2中小跨度磁浮浮橋梁關(guān)鍵設(shè)設(shè)計(jì)參數(shù)高速磁浮大跨跨度橋梁設(shè)計(jì)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)392.2.2磁浮《線路設(shè)計(jì)規(guī)范范》相關(guān)規(guī)定豎向撓跨比限限值：(1)撓跨比：在列車(chē)靜活載載作用下：在日溫差荷載載作用下：上緣升溫下緣升溫高速磁浮大跨跨度橋梁設(shè)計(jì)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)40橫向撓跨比限限值：在橫向靜活載載（3.9kN/m)作用下：在日溫差荷載載作用下：高速磁浮大跨跨度橋梁設(shè)計(jì)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)41式中：V為車(chē)速(m/s)；L為梁跨跨長(zhǎng)（（m）；f為頻率（Hz）。(2)大跨度主梁最最小頻率限值值磁浮《線路設(shè)計(jì)規(guī)范范》規(guī)定：沒(méi)有說(shuō)明對(duì)豎豎向、橫向或或扭轉(zhuǎn)基頻適適用。高速磁浮大跨跨度橋梁設(shè)計(jì)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)42(3)軌道梁梁端最最大折角限值值規(guī)定為：?jiǎn)味素Q向轉(zhuǎn)角角限值不大于于8/10000rad，兩端轉(zhuǎn)角之之和限值不大大于16/10000rad；該規(guī)定是列車(chē)車(chē)靜活載折角角最大限值、、還是和溫度度荷載共同下下折角最大限限值，規(guī)范沒(méi)沒(méi)有明確說(shuō)明明。高速磁浮大跨跨度橋梁設(shè)計(jì)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)軌道梁梁端折折角示意43豎向（z方向）橫向（y方向）撓跨比列車(chē)引起1/4000撓跨比列車(chē)引起1/15000溫度引起-1/6500~1/5400溫度引起1/5800梁端折角（兩側(cè)之和）/(rad/10000)列車(chē)引起16梁端折角（兩側(cè)之和）/(rad/10000)列車(chē)引起4.5溫度引起-9.7~11.6溫度引起10.8下部結(jié)構(gòu)引起的塑性變形1.7下部結(jié)構(gòu)引起的塑性變形1.7下部結(jié)構(gòu)引起的彈性變形1.7下部結(jié)構(gòu)引起的彈性變形1.7~11.3頻率1.1V/L頻率1.1V/L(4)《線路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)礎(chǔ)》剛度標(biāo)準(zhǔn)匯總總《線路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)礎(chǔ)》剛度標(biāo)準(zhǔn)匯總總高速磁浮大跨跨度橋梁設(shè)計(jì)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)44各國(guó)高速鐵路路對(duì)梁剛度的的要求高速磁浮大跨跨度橋梁設(shè)計(jì)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)452.3大跨度橋梁設(shè)設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)術(shù)初步研究（1）撓跨比的確確定首先參考高速速鐵路設(shè)計(jì)：：初步確定撓撓跨比（f/L=1/1200），擬定主梁梁尺寸，然后后對(duì)各項(xiàng)其它它指標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)驗(yàn)算，通過(guò)不不斷試算，調(diào)調(diào)整修改撓跨跨比，最終確確定合理值。。磁浮《線路設(shè)計(jì)規(guī)范范》只適合于小跨跨度橋梁，大大跨度橋梁應(yīng)應(yīng)該放松，但但到底撓跨比比限值放松到到何種程度較較為合適，需需要進(jìn)行專(zhuān)題題研究。高速磁浮大跨跨度橋梁設(shè)計(jì)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)2.3.1大跨度橋梁設(shè)設(shè)計(jì)關(guān)鍵參數(shù)數(shù)研究46大跨度鐵路（（公鐵兩用））橋梁撓跨比比高速磁浮大跨跨度橋梁設(shè)計(jì)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)47（98+196+504+196+98）m鋼桁斜拉橋。。鐵路主橋按四四線建設(shè)，其其中兩線為高高速鐵路，兩兩線為普速Ⅰ級(jí)干線，橋上上層為公路六六車(chē)道（武漢漢市中環(huán)線））。高速鐵路路設(shè)計(jì)旅客列列車(chē)行車(chē)速度度250km/h，汽車(chē)行車(chē)速速度80km/h。高速磁浮大跨跨度橋梁設(shè)計(jì)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)天興洲公鐵兩兩用長(zhǎng)江大橋橋(109.5+192+336+336+192+109.5）m連續(xù)鋼桁梁拱拱橋。主橋按六線建建設(shè)，其中兩兩線為京滬高高速鐵路，兩兩線為滬漢蓉蓉客運(yùn)專(zhuān)線，，兩線為城市市軌道交通。。本橋該跨度度設(shè)計(jì)行車(chē)速速度300km/h為世界橋梁之之最。南京大勝關(guān)長(zhǎng)長(zhǎng)江大橋48（2）梁端折角角的確定大、小梁跨對(duì)對(duì)于折角來(lái)說(shuō)說(shuō)都是一樣的的，因此大跨跨度橋梁梁端端折角限值按按磁浮《線路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)礎(chǔ)》規(guī)定限值執(zhí)行行，即單端豎豎向轉(zhuǎn)角限值值不大于8/10000rad。研究表明：大大跨度橋梁由由于主梁和軌軌道梁是分開(kāi)開(kāi)的，軌道梁梁可以使得橋橋面（行車(chē)面面）上的折角角比主梁上的的折角大大減減小，而且軌軌道梁跨度越越小，橋面折折角降低得越越顯著，這和和高速鐵路研研究結(jié)果是一一致的。高速磁浮大跨跨度橋梁設(shè)計(jì)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)49（3）最小頻率的的確定理論研究表明明：磁浮《線路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)礎(chǔ)》中小跨度頻率率限值f>1.1V/L對(duì)大跨度橋梁梁是適用的。。其中：0.5V/L是移動(dòng)荷載過(guò)過(guò)橋激振頻率率，橋梁最小小頻率取1.1V/L，其1.1系數(shù)是使橋梁梁基頻避開(kāi)激激振頻率要求求的頻率，以以免產(chǎn)生共振振。上述頻率限值值規(guī)定：豎向向基頻檢算，，對(duì)于橫向、、扭轉(zhuǎn)基頻基基頻檢算有點(diǎn)點(diǎn)牽強(qiáng)附會(huì)。。高速磁浮大跨跨度橋梁設(shè)計(jì)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)50豎向（z方向）橫向（y方向）梁端折角（兩側(cè)之和）/(rad/10000)軌道梁自身變形引起的折角（列車(chē)+溫度）+大跨度橋梁變形引起的軌道梁折角（雙線列車(chē)+溫度）16梁端折角（兩側(cè)之和）/(rad/10000)軌道梁自身變形引起的折角（列車(chē)+溫度）+大跨度橋梁變形引起的軌道梁折角（雙線列車(chē)+溫度）16頻率/Hz1.1V/L頻率/Hz1.1V/L（4).本研究采用的的剛度檢算標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)匯總高速磁浮大跨跨度橋梁設(shè)計(jì)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)51關(guān)于梁端伸縮縮縫的方案軌道梁定子鐵鐵芯間的允許許縫隙范圍為為43~146mm，因此軌道梁梁的伸縮長(zhǎng)度度受到限制。。大跨度橋梁在在溫度、風(fēng)荷荷載影響等作作用下，梁的的伸縮長(zhǎng)度很很大，若不采采取措施，橋橋梁端部軌道道梁定子鐵芯芯間的縫隙將將無(wú)法滿足系系統(tǒng)要求。磁浮線路的大大跨徑橋梁結(jié)結(jié)構(gòu)與相鄰軌軌道梁間需通通過(guò)設(shè)計(jì)特殊殊的伸縮裝置置才能滿足系系統(tǒng)對(duì)定子鐵鐵芯縫寬度的的要求。高速磁浮大跨跨度橋梁設(shè)計(jì)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)2.3.2大跨度橋梁主主梁伸縮縫裝裝置的研究52關(guān)于梁端伸縮縮縫的方案新型伸縮裝置置的總體設(shè)計(jì)計(jì)思想是：將大跨橋梁的的伸長(zhǎng)、縮短短量分?jǐn)偟蕉喽嗥噜彉?biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)軌道梁上，，使橋梁與軌軌道梁間、軌軌道梁與軌道道梁間定子鐵鐵芯間隙都滿滿足系統(tǒng)要求求。需設(shè)置伸伸縮縫裝置的的相鄰軌道梁梁的數(shù)目根據(jù)據(jù)大跨度橋梁梁可能發(fā)生的的伸縮量決定定。如何保證這若若干道小縫的的伸縮量一致致則是我們要要考慮的關(guān)鍵鍵問(wèn)題。高速磁浮大跨跨度橋梁設(shè)計(jì)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)53一種可能的伸伸縮縫裝置構(gòu)構(gòu)造高速磁浮大跨跨度橋梁設(shè)計(jì)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)54由于連桿和銷(xiāo)銷(xiāo)軸的聯(lián)動(dòng)作作用，斜拉橋橋的伸縮量可可以均勻的分分布到該區(qū)域域內(nèi)的若干道道小縫，可以以在滿足斜拉拉橋總伸縮量量的前提下，，保證軌道梁梁定子鐵芯間間的縫隙在允允許范圍內(nèi)。。高速磁浮大跨跨度橋梁設(shè)計(jì)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)一種可能的伸伸縮縫裝置構(gòu)構(gòu)造552.3.3橋梁抗抗風(fēng)和和橫風(fēng)風(fēng)對(duì)列列車(chē)走走行性性的影影響研究相相鄰橋橋梁（（閔浦浦大橋橋和擬擬建磁磁浮交交通橋橋梁））尾流流效應(yīng)應(yīng)對(duì)新新建橋橋梁和和既有有橋梁梁的影影響。。磁浮上上海機(jī)機(jī)場(chǎng)聯(lián)聯(lián)絡(luò)線線沿A15公路南南側(cè)跨跨越黃黃浦江江，大大橋位位于現(xiàn)現(xiàn)有閔閔浦大大橋南南側(cè)；；考慮施施工可可行性性、減減小相相互影影響為為前提提，盡盡量靠靠近閔閔浦大大橋，，減少少用地地；兩橋中中線間間距離離約85m，橋面面凈距距約50m；高速磁磁浮大大跨度度橋梁梁設(shè)計(jì)計(jì)關(guān)鍵鍵技術(shù)術(shù)56強(qiáng)風(fēng)、、橋梁梁、車(chē)車(chē)輛耦耦合動(dòng)動(dòng)力效效應(yīng)對(duì)對(duì)列車(chē)車(chē)走行行性的的影響響。磁浮車(chē)車(chē)輛質(zhì)質(zhì)量較較輕，，在磁磁浮列列車(chē)高高速通通過(guò)強(qiáng)強(qiáng)風(fēng)區(qū)區(qū)時(shí)，，強(qiáng)橫橫風(fēng)作作用下下勢(shì)必必加劇劇磁浮浮車(chē)輛輛與軌軌道梁梁的振振動(dòng)。。懸浮浮電磁磁鐵與與軌道道梁之之間懸懸浮氣氣隙只只有l(wèi)0mm左右，，因此此必須須研究究磁浮浮車(chē)輛輛過(guò)橋橋的安安全與與乘坐坐舒適適度。。研究究磁浮浮車(chē)輛輛與軌軌道梁梁的氣氣動(dòng)特特性，，強(qiáng)橫橫風(fēng)作作用下下的磁磁浮車(chē)車(chē)橋動(dòng)動(dòng)力響響應(yīng)，，探討討未來(lái)來(lái)磁浮浮交通通跨越越強(qiáng)風(fēng)風(fēng)區(qū)的的抗風(fēng)風(fēng)分析析方法法，對(duì)對(duì)磁浮浮交通通的推推廣有有重要要實(shí)際際意義義。高速磁磁浮大大跨度度橋梁梁設(shè)計(jì)計(jì)關(guān)鍵鍵技術(shù)術(shù)57高速磁浮跨黃浦江橋梁方案研究3高速磁磁浮大大跨度度橋梁梁設(shè)計(jì)計(jì)關(guān)鍵鍵技術(shù)術(shù)583.1高速磁磁浮跨跨黃浦浦江大大橋方方案橋橋型比比選大跨徑徑可能能的只只能是是拱橋橋、懸懸索橋橋、斜斜拉橋橋三種種橋型型。限制條條件：：軟土土地基基，高高速磁磁浮對(duì)對(duì)變形形要求求高。。高速磁磁浮大大跨度度橋梁梁設(shè)計(jì)計(jì)關(guān)鍵鍵技術(shù)術(shù)59拱橋：已經(jīng)經(jīng)超越越了經(jīng)經(jīng)濟(jì)跨跨徑，，造價(jià)價(jià)較高高，而而且施施工風(fēng)風(fēng)險(xiǎn)較較大，，造型型不協(xié)協(xié)調(diào)；；懸索橋：在軟土地地基上修建建，錨碇巨巨大，造價(jià)價(jià)高。懸索索橋變形大大，很難適適應(yīng)磁浮列列車(chē)的行車(chē)車(chē)條件；斜拉橋：在技術(shù)上上是可行的的，對(duì)軟土土地基有較較強(qiáng)的適應(yīng)應(yīng)性，整體體剛度好。。綜上所述，，本橋采用用斜拉橋方案的可能能性最大。。高速磁浮大大跨度橋梁梁設(shè)計(jì)關(guān)鍵鍵技術(shù)60結(jié)構(gòu)比選——主梁混凝土梁：：自重大，，本橋跨徑徑過(guò)大，不不合適采用用鋼箱梁：自自重較輕；；無(wú)收縮徐徐變影響；；溫度變形形大；結(jié)構(gòu)構(gòu)剛度較小?。讳摗炷怜B合合梁：自重重較重（介介于混凝土土梁和鋼箱箱梁之間））；有收縮縮徐變的影影響；溫度度變形小；；結(jié)構(gòu)剛度度較大；鋼桁梁：結(jié)結(jié)構(gòu)剛度大大；無(wú)收縮縮徐變影響響；主梁高高度大，造造價(jià)高。高速磁浮大大跨度橋梁梁設(shè)計(jì)關(guān)鍵鍵技術(shù)613.2研究滿足通通航和行車(chē)車(chē)要求的大大跨度橋梁梁技術(shù)方案案主要內(nèi)容：：調(diào)查黃浦江江上游通航航要求、主主航道位置置，確定大大跨度橋梁梁的橋式、、分孔布置置。具體研研究三種橋橋式方案并并進(jìn)行比選選，確定大大跨度橋梁梁各方案的的總體布置置。三塔斜拉橋橋方案雙塔斜拉橋橋方案鋼系桿拱橋橋方案高速磁浮大大跨度橋梁梁設(shè)計(jì)關(guān)鍵鍵技術(shù)62（1）三三塔斜拉橋橋方案主跨跨徑約約360m。確定斜斜拉橋橋塔塔形式、塔塔梁連接方方式，確定定主梁的合合理截面形形式，并考考慮以下三三種主梁結(jié)結(jié)構(gòu)，進(jìn)行行適用性，，結(jié)構(gòu)性能能優(yōu)化比較較。正交異性鋼鋼橋面板的的鋼箱梁主主梁；混凝土和鋼鋼結(jié)合箱型型主梁；鋼桁梁。對(duì)每一種橋橋跨結(jié)構(gòu)，，進(jìn)行橋梁梁剛度、動(dòng)動(dòng)力性能檢檢算，通過(guò)過(guò)檢算，改改進(jìn)截面尺尺寸，進(jìn)行行結(jié)構(gòu)優(yōu)化化，最后確確定滿足行行車(chē)要求的的可行性方方案。高速磁浮大大跨度橋梁梁設(shè)計(jì)關(guān)鍵鍵技術(shù)63斜拉橋主跨跨跨徑約450m。確定其分分孔布置以以及斜拉橋橋橋塔、墩墩身、基礎(chǔ)礎(chǔ)、和適合合的主梁的的形式和截截面尺寸。。對(duì)雙塔斜拉拉橋方案進(jìn)進(jìn)行剛度和和動(dòng)力性能能檢算，通通過(guò)檢算，，提出修改改意見(jiàn)，完完善設(shè)計(jì)方方案。高速磁浮大大跨度橋梁梁設(shè)計(jì)關(guān)鍵鍵技術(shù)（2）雙塔塔斜拉橋方方案64（3）鋼系系桿拱橋方方案研究跨度450m左右鋼系桿桿拱橋方案案，確定拱拱橋結(jié)構(gòu)形形式和分孔孔布置，研研究平衡推推力體系的的系桿結(jié)構(gòu)構(gòu)形式和位位置，提出出兩種不同同中承位置置的系桿拱拱橋方案，，對(duì)鋼系桿桿拱橋方案案進(jìn)行剛度度和動(dòng)力性性能檢算，，并和斜拉拉橋方案進(jìn)進(jìn)行技術(shù)參參數(shù)的比較較，研究拱拱橋方案的的技術(shù)性能能的優(yōu)越性性。高速磁浮大大跨度橋梁梁設(shè)計(jì)關(guān)鍵鍵技術(shù)65（4）各技術(shù)方案案工程經(jīng)濟(jì)濟(jì)性研究高速磁浮大大跨度橋梁梁設(shè)計(jì)關(guān)鍵鍵技術(shù)在磁浮列車(chē)車(chē)過(guò)橋時(shí)速速350公公里情況下下，分析對(duì)對(duì)比上述各各技術(shù)方案案的經(jīng)濟(jì)性性。同時(shí)對(duì)對(duì)優(yōu)秀方案案進(jìn)一步分分析更高的的過(guò)橋時(shí)速速（350～430km/h）范圍內(nèi)內(nèi)，速度高高低對(duì)工程程經(jīng)濟(jì)影響響，通過(guò)技技術(shù)方案的的經(jīng)濟(jì)研究究，建議性性價(jià)比高的的合理方案案，供工程程建設(shè)決策策時(shí)參考。。66三塔斜拉橋方案介紹4高速磁浮大大跨度橋梁梁設(shè)計(jì)關(guān)鍵鍵技術(shù)初步研究?jī)?nèi)內(nèi)容介紹——以三塔斜拉橋橋?yàn)槔?72、橋跨布置置及結(jié)構(gòu)選選型總體布置跨徑布置為為(軌道梁長(zhǎng)度度為12.384m)：50+50+62.384+359.136+359.136+62.384+50+50=1043.040m4.1三塔斜拉橋橋計(jì)算模型高速磁浮大大跨度橋梁梁設(shè)計(jì)關(guān)鍵鍵技術(shù)4.1三塔斜拉橋橋計(jì)算模型69高速磁浮大大跨度橋梁梁設(shè)計(jì)關(guān)鍵鍵技術(shù)主梁型式：：鋼箱梁70高速磁浮大大跨度橋梁梁設(shè)計(jì)關(guān)鍵鍵技術(shù)主梁型式：：鋼—砼疊合箱梁梁71高速磁浮大大跨度橋梁梁設(shè)計(jì)關(guān)鍵鍵技術(shù)主梁型式：：鋼桁梁72高速磁浮大大跨度橋梁梁剛度分析析4.2橫向撓跨比比計(jì)算主梁在單線列車(chē)橫向荷荷載作用下下主跨跨中中產(chǎn)生最大大橫向撓跨跨比見(jiàn)下表表。變形方向方案邊跨1邊跨2邊跨3主跨橫向鋼箱梁方案1/2577601/3705801/410261/9114鋼-砼組合梁方案1/14167201/10498601/1947101/17266鋼桁梁方案1/10838801/12114001/799761/17516不同橋梁方方案撓跨比比計(jì)算結(jié)果果73高速磁浮大大跨度橋梁梁剛度分析析4.3豎向撓跨比比計(jì)算根據(jù)雙線列車(chē)靜活載作用用下所得撓撓跨比見(jiàn)下下表，其中中靜載作用用按8節(jié)車(chē)輛編組組，均布荷荷載（25.6KN/m）考慮，不不計(jì)沖擊系系數(shù)。不同橋梁方方案撓跨比比計(jì)算結(jié)果果變形方向方案邊跨1邊跨2邊跨3主跨豎向鋼箱梁方案1/104821/171771/92941/986鋼-砼組合梁方案1/162091/233221/99681/1550鋼桁梁方案1/250631/253001/167461/223074靜載和動(dòng)載載通過(guò)橋梁梁時(shí)撓曲線線比較（鋼鋼箱梁方案案）列車(chē)荷載作作用下，主主梁位移包包絡(luò)圖高速磁浮大大跨度橋梁梁設(shè)計(jì)關(guān)鍵鍵技術(shù)75高速磁浮大大跨度橋梁梁設(shè)計(jì)關(guān)鍵鍵技術(shù)思考：上圖中，列列車(chē)動(dòng)載通通過(guò)橋梁（（三塔斜拉拉橋，結(jié)構(gòu)構(gòu)對(duì)稱(chēng)）時(shí)時(shí)撓曲線不不對(duì)稱(chēng)，產(chǎn)產(chǎn)生這種現(xiàn)現(xiàn)象是什么么原因呢？？76高速磁浮大大跨度橋梁梁剛度分析析項(xiàng)目主梁一階橫彎頻率（Hz）主梁一階豎彎頻率（Hz）主梁一階扭轉(zhuǎn)頻率（Hz）頻率控制標(biāo)準(zhǔn)1.1V/L=0.2981.1V/L=0.2981.1V/L=0.298鋼箱梁方案0.2860.2471.040鋼-砼組合梁方案0.3000.3431.055鋼桁梁方案0.3150.3661.064不同橋梁方方案頻率計(jì)計(jì)算結(jié)果4.4頻率檢算77高速磁浮大大跨度橋梁梁剛度分析析滿足fb>1.2V/L時(shí)才能將動(dòng)動(dòng)力系數(shù)控控制在1.3以內(nèi)4.4頻率檢算三個(gè)方案主主跨位移動(dòng)動(dòng)力系數(shù)與與車(chē)速的關(guān)關(guān)系78高速磁浮大大跨度橋梁梁剛度分析析鋼箱梁方案案主梁一階階橫向彎曲曲模態(tài)（0.286Hz）鋼箱梁方案案主梁一階階豎向彎曲曲模態(tài)（0.247Hz）4.4頻率檢算79高速磁浮大大跨度橋梁梁剛度分析析鋼-砼組合梁方方案主梁一一階橫向彎彎曲模態(tài)（（0.300Hz）鋼-砼組合梁方方案主梁一一階豎向彎彎曲模態(tài)（（0.343Hz）4.4頻率檢算80高速磁浮大大跨度橋梁梁剛度分析析鋼桁梁方案案主梁一階階橫向彎曲曲模態(tài)（0.315Hz）鋼桁梁方案案主梁一階階豎向彎曲曲模態(tài)（0.366Hz）4.4頻率檢算81高速磁浮大大跨度橋梁梁剛度分析析列車(chē)作用長(zhǎng)度202m均布移動(dòng)荷荷載，豎向向25.6kN/m，橫向3.9kN/m僅計(jì)算磁浮浮列車(chē)下軌軌道梁梁端端折角（兩兩側(cè)之和））溫度作用（1）整體升溫溫：鋼索+40℃，混凝土橋橋塔+30℃，鋼箱梁+35℃。（2）整體降溫溫：鋼索-30℃，混凝土橋橋塔-20℃，鋼箱梁-25℃。（3）索梁塔溫溫差：鋼索索±15℃。（4）主梁截面面上下側(cè)溫溫差：±15℃。（5）主梁截面面左右側(cè)溫溫差：±15℃。（6）塔左右溫溫差：±5℃。組合方法軌道梁自身身變形引起起的折角+大跨度橋梁梁變形引起起的折角列車(chē)和溫度度效應(yīng)的組組合系數(shù)均均取為1.04.5軌道梁梁端端折角檢算算82高速磁浮大大跨度橋梁梁剛度分析析豎向折角：?jiǎn)尉€列車(chē)+溫度4.5軌道梁梁端端折角檢算算（鋼箱梁梁方案）83高速磁浮大大跨度橋梁梁剛度分析析豎向折角包絡(luò)圖圖：雙線列車(chē)+溫度4.5軌道梁梁端端折角檢算算（鋼箱梁梁方案）84高速磁浮大大跨度橋梁梁剛度分析析橫向折角包絡(luò)圖：雙線列車(chē)+溫度4.5軌道梁梁端端折角檢算算（鋼箱梁梁方案）85高速磁浮大大跨度橋梁梁剛度分析析豎向折角包絡(luò)圖圖：?jiǎn)尉€列車(chē)+溫度4.5軌道梁梁端端折角檢算算（鋼-砼組合梁方方案）86高速磁浮大大跨度橋梁梁剛度分析析豎向折角包絡(luò)圖圖：雙線列車(chē)+溫度4.5軌道梁梁端端折角檢算算（鋼-砼組合梁方方案）87高速磁浮大大跨度橋梁梁剛度