专利名称：预应力轨道梁及其制造方法
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。
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。
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(1)在预应力混凝土浇注之前，根据设计在浇注台座上对若干轴心先张法预应力束和若干偏心先张法预应力束进行张拉；(2)预埋第一次和第二次后张法预应力束的波纹管；(3)浇注混凝土；(4)待混凝土达到设计强度75％左右时，割断先张法预应力束将轨道梁运抵储放处；(5)采用普通夹片群锚体系，张拉对穿过波纹管的第一次后张法预应力束，以平衡偏心先张法预应力束未平衡的梁体自重产生的内力，使轨道梁全截面处于轴心受压状态；(6)梁体上配置功能件等的等值荷载，在第二次后张法预应力波纹管中穿入第二次后张法预应力束并进行张拉，以平衡功能件等附属设备重量以及第二次后张前由于收缩和徐变产生的内力，使轨道梁全截面再次调整到轴心受压状态；
对于曲线梁，在上述制造方法的第(1)步中，应同时在曲线内侧的顶板和底板中设置横向偏心先张法预应力束。
为了实施对该预应力轨道梁长期变形的调整，在上述制造方法的第(2)步中，同时要预埋体外预应力管道和转向装置。
图2是本发明预应力轨道梁—实施例1直线梁支点截面结构示意图。
图3是本发明预应力轨道梁—实施例1直线梁跨中截面结构示意图。
图4是本发明预应力轨道梁—实施例2曲线梁预应力索结构示意图。
图5是本发明预应力轨道梁—实施例2曲线梁支点截面结构示意图。
图6是本发明预应力轨道梁—实施例2曲线梁跨中截面结构示意图。
图7是本发明预应力轨道梁体外预应力束结构示意图。
图中1—梁顶板 11—梁顶板顶面12—锚固端2—梁底板20—中部 21—左部22—右部 23—梁底板顶面24—转向装置 25—体外预应力管道3—梁腹板 4—空腔5—轴心先张法预应力束 6—偏心先张法预应力束7—第—后张法预应力束 8—第二后张法预应力束9—横向偏心先张法预应力束对于曲线轨道梁而言，除按前述配置预应力束外，还应在曲线内侧的顶板和底板中配置有横向偏心先张法预应力束9，如图4、图5和图6所示。
图7是本发明预应力轨道梁体外预应力束结构示意图。
由于磁悬浮对于梁的长期变形要求非常高，而混凝土收缩和徐变作用机理比较复杂，离散性较大，因此本发明中还包括了后期长期变形可调措施一体外预应力束。其具体结构如图7所示在该预应力轨道梁的空腔4的梁底板2的两侧的顶面23上约1/4跨度处固定地设置有转向装置24共四只，两根折线形体外预应力管道25穿过所说转向装置24和顶板1，供体外预应力束穿设，其体外预应力束的锚固端12位于梁顶板1两端处。体外预应力束采用折线形，折点设在转向装置24处。
一旦预应力轨道梁的长期变形不满足要求(＜1mm)时，将体外预应力束穿入体外应力管道25中，然后根据实际变形情况确定张拉力，进行张拉，然后封锚即可。因此本发明的预应力轨道梁可以随时根据实际需要适时调整预应力，以保障预应力轨道梁长期的良好状态。
本发明预应力轨道梁的制造方法如前所述，此处不再赘述。
下面举出本发明一根预应力轨道梁的具体数据如下一根24.685米的混凝土梁，设置有轴心先张法预应力束57束，其中梁顶板1内19束，梁底板2设有38束，偏心先张法预应力束12束。
第一次后张法预应力束在梁跨中截面产生的弯矩My1＝-2529kN·m偏心先张法预应力束在跨中在截面产生的弯矩 My0＝-1690kN·m梁自重(包括连接件)在跨中在截面产生的弯矩 Mg0＝4298kN·m第二次后张法预应力束在跨中截面产生的弯矩 My2＝-945kN·m第二次后张法预应力束张拉前由于混凝土收缩徐变在跨中在截面产生的弯矩 Mg3＝311kN·m功能件等附属设备在跨中在截面产生的弯矩Mg1＝630kN·m
权利要求
1.一种适用于高速轨道交通的预应力轨道梁，包括梁顶板(1)、梁底板(2)、梁腹板(3)，其特征在于(1)在梁顶板(1)内和梁底板(2)的左、右两部位(21、22)分别设置若干轴心先张法预应力束(5)；(2)在轨道梁底板(2)的中间部位(20)设置若干偏心先张法预应力束(6)；(3)在轨道梁两侧腹板(3)按二次抛物线形状各设置一条第一次后张法预应力束(7)；(4)在轨道梁两侧腹板(3)按二次抛物线形状各设置一条第二次后张法预应力束(8)。
2.根据权利要求1所述的预应力轨道梁，其特征是对曲线轨道梁而言，在其曲线内侧的顶板(1)和底板(2)中还设置有横向偏心先张法预应力束(9)。
3.根据权利要求1或2所述的预应力轨道梁，其特征是在预应力轨道梁的空腔(4)的梁底板(2)的两侧的顶面(23)上约1/4跨度处固定地设置有转向装置(24)，两根折线形体外预应力管道(25)穿过所说转向装置(24)和顶板(1)，其锚固端(12)位于梁顶板(1)两端的顶面处。
4.根据权利要求1所述的预应力轨道梁的制造方法，其特征在于包括下列步骤(1)在预应力混凝土浇注之前，根据设计在浇注台座上张拉若干轴心先张法预应力束(5)和若干偏心先张法预应力束(6)；(2)设置准备安装第一和第二后张法预应力束(7、8)的波纹管(7′、8′)；(3)浇注混凝土；(4)待混凝土达到设计强度75％左右时，割断先张法预应力束将轨道梁运抵储放处；(5)采用普通夹片群锚体系，将穿过波纹管(7′)的第一次后张法预应力束(7)张拉，给予应有预应力，以平衡偏心先张法预应力束(6)未平衡的梁体自重产生的内力，使轨道梁全截面处于轴心受压状态；(6)让轨道梁保持第一次后张法预应力束(7)张拉后全截面轴心受压的状态一段时间，使混凝土收缩和徐变能较充分地发生。再在梁体上配置等值荷载，将第二后张法预应力波纹管(8′)中穿入第二后张法预应力束(8)并进行张拉，使轨道梁全截面再次调整到轴心受压状态。
5.根据权利要求4所述的高速轨道交通预应力轨道梁的制造方法，其特征是在制造预应力曲线轨道梁时，第(1)步中，应同时在曲线轨道梁的曲线内侧的顶板(1)和底板(2)中设置横向偏心先张法预应力束(9)。
6.根据权利要求4或5所述的高速轨道交通预应力轨道梁的制造方法，其特征是在第(2)步中还应预设体外预应力束管道(25)。
全文摘要
一种适用于高速轨道交通的预应力轨道梁及其制造方法,该预应力轨道梁包括梁顶板、梁底板、梁腹板,其特点在于:(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;(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;(3)在轨道梁两侧腹板按二次抛物线形状各设置一条第一次后张法预应力束;(4)在轨道梁两侧腹板按二次抛物线形状各设置一条第二次后张法预应力束。(5)在空腔和梁顶板中还设有体外预应力束。以控制梁体在各施工阶段和运营阶段均保持轴心受压状态,将轨道梁由混凝土收缩和徐变产生的变形控制在<1mm的范围。
文档编号E04C3/26GK1344836SQ0113201
公开日2002年4月17日 申请日期2001年10月26日 优先权日2001年10月26日
发明者吴祥明, 吴忠, 任廷桂 申请人:上海磁悬浮交通发展有限公司