磁悬浮论文

毕业论文作者：张朋磊2磁悬浮列车的轨道施工工艺第1章：磁悬浮铁路轨道梁初探………………………………3第2章：板式无碴轨道…………………………………….…10第3章：上海磁悬浮铁路轨道梁预应力施工………………..16附：参考文献……………………………………….…………163第一章：磁悬浮铁路轨道梁初探磁悬浮铁路轨道梁初探轨道梁是磁悬浮铁路的重要组成部分，也是在磁悬浮铁路的一上木上程部分技术难度最大的。本文结合国内外磁悬浮铁路的现状及京沪高速铁路磁悬浮方案设计研究，对磁悬浮铁路轨道梁做了些初步探讨。1概述磁悬浮铁路系统是一种新型的有导向轴的交通系统。磁悬浮列车主要依靠电磁力实现传统锐路的支承、导向和牵引功能。由于运行的磁悬浮列车和线路之间无机械接触，从根本上突破了轮轨铁路中轮轨关系和弓轨关系的约束，而磁悬浮列车可以比轮轨铁路更经济地达到较高的速度(400^-500km/h),对环境的影响较小。低速运行的磁悬浮列车，在环境保护方而也比其他公共交通具有明显优势。目前达到或接近应用水平的磁悬浮铁路系统，集中在德国和日本。京沪高速铁路磁悬浮方案可行性研究设计参照的是德国的标准，以下就结合德国磁悬浮铁路和京沪高速铁路磁悬浮方案可行性研究设计对磁悬浮轨道梁做些初步探索。磁悬浮列车主要依靠电磁力实现传统铁路的支承、导向和牵引功能，在支承磁悬浮列车运行的结构(一般称为轨道梁)_卜完成列车的导向、牵引等功能的构件一般称为功能件，主要包括长定子(卜而)、支承滑行轨([们)及侧向导轨，长定子用一于提供支承力(吸力)和牵引力，支承滑行轨用于列车降落时提供接触支承滑行轨面，侧向轨土要4用于控制列车运行方向。山于磁悬浮列车车体结构是固定不变的，所以轨道梁上功能件的位置是严格固定的，轨道梁设计时，其结构尺寸严格受到此条件的限制。根据支承梁的结构形式和功能区与支承梁的连接方式，目前研究较成熟的轨道梁主要有以下几种结构形式;钢结构轨道梁(土要跨径24.768m,30.960m)钢筋混凝土板轨道(土要跨径6.192m);钢筋混凝上二型轨道梁(土要跨径12.384m);钢和预应力混凝上复合型轨道梁(土要跨径24.768m.30.960m);预应力混凝上轨道梁(主要跨径为24.768m)。受功能件模块化的影响，轨道梁的长度严格按功能件的长铁芯定子〔标准长度为1.032m)的整数倍取值。京沪高速铁路磁悬浮方案可行性研究时轨道梁的长度模数采用了6个铁芯定子长度(即6.192m)轨道梁跨度(梁缝中心线的长度)般为6.i920m,12.3840m,18.5760m、24.7680m、30.9600m、37.1520m。2.德国磁悬浮线轨道梁概况52.1德国磁悬浮试验线及轨道梁修建概况(见表1)2.2柏林一汉堡线选用的轨道梁情况（见表2）德国在90年代末对柏林一汉堡的磁悬浮铁路进行了设计，现在还没有开始施设计中轨道梁采用现场制梁厂预制，汽车运输、自行式吊机架设。3．轨道梁的结构形式比较和选用3.1钢结构轨道梁钢梁的土要跨度为24.768和30.960m,山于其具有非常好的强度、刚度、抗饶度性，而月.可以在计算机测量和控制下完成从设计、切割、焊接、机加_上的全部制造过程并目_可以完全按照理想曲线的精度要求加一L,对磁悬浮列车线路是最理想的。但用于加上这种钢梁的机床是一座行走长度62m的6轴数控铣床，目前国内没有能力生产这样的铣床，如果引进价格较贵。另外钢结构在我国上程中运用时6价格比混凝上结构F}GIG贵，增加了L程造价。图1为钢结构轨道梁的截而，被应用在埃姆斯兰磁悬浮铁路试验线大约5公里长的北环线_卜。3.2钢筋混凝土板轨道梁(见图2)钢筋混凝上板轨道梁跨度一般为6.192m，技术很成熟的。钢筋混凝土板轨道梁在梁体制作及功能件制作、安装等较钢结构轨道梁简单，但由于轨道梁的跨度小，使桥梁的桥墩数量成倍的增加，基础部分的投资增加很多，而目_影响城市景观。一般适用于低置线路及车站，桥而距地而高一般为1.25一3.5m。同时，也可用作现浇施工的大跨度桥。73.3钢筋混凝土二型轨道梁(见图3)钢筋混凝土二型轨道梁般跨度为12.384m，技术较成熟的。受跨度的限制，该类型的轨道梁一般适合于线路高度在3.5}lOm左右的情况。3.4预应力混凝土复合梁预应力混凝土复合梁是以跨度2X24.768m或2X30.960m两跨预应力混凝上连续梁作为支撑结构，然后在梁的两侧通过预埋件与3.096m长的钢结构功能件相连，由多条铡架构功能件短平面构成一个连续的近似理想曲面。尽管精度要求逊于钢梁，但是可以把预应力混凝土梁和钢功能件分别按标准制作，使复杂问题简单化，便于组织多家厂商生产供货，缓和施工周期紧的矛盾，可以不再需要常用大型6轴铣床。对于2X24.768m或2X30.960m预应力混凝土连续梁而言，不管是设计还是施工，在国内都是成熟技术。在德国的埃母斯兰试验线上对预应力混凝上复合梁进行了运行试验，它也曾是德国准备建造的柏林一汉堡磁悬浮线路的主要结构形式，其工程可靠性是有基础的。上海磁悬浮线.路_卜，采用的是混合型轨道梁，和我们设计的梁型相比较，安装功能们的悬臂端在前期和主梁体是分离的，架梁后，8通过螺栓与轨道梁连接，山于功能件钢梁不参与轨道梁的整体受力，造成轨道梁土翼缘有效宽度变小，刚度降低。为此，将轨道梁底板宽，并增加梁高，以保证结构的刚度和自振频率，其结果使梁体重量加大。采用混合型轨道梁的优点是施_L工艺简单，有利于保证功能件的尺寸精度。3.5京沪高速铁路磁悬浮方案轨道梁结构选型结合我国国情，如果大量采用钢结构轨道梁势必增加很多L程投资，一般宜优先选择混凝土结构。在线路高度低于lOm时，选择钢筋混凝土板轨道梁、钢筋混凝上:型轨道梁是有足够优势的;在线路高度大于lOm左右时，轨道梁的跨度一般宜选择在24m}31m左右，而此种跨度的轨道梁目前结构形式较多。木项目通过初步研究后，提出了采用预应力混凝土轨道梁的结构形式，其结构尺寸见图40预应力混凝土轨道梁悬臂在轨道梁梁体预制时就和主梁体连在一起，增加了轨道梁的整体刚度，简化了梁体的横截面，节省材料，可降低造价，后期养护费用降低，但轨道梁在预制过程中增加了功能件安装的难度。9京沪高速铁路磁悬浮方案设计研究采用的轨道梁梁型在竖向列车荷载作用下的部分技术指标如下:4结束语本章仅对磁悬浮轨道梁做了些初步探讨，并结合京沪高速铁路磁悬浮方案设计研究，经过计算，预应力混凝上轨道梁的技术参数均符合要求，但是这种梁型需要提高制梁一L艺以保证轨道梁在悬臂端安装功能件的制造精度。10第二章：上海磁悬浮铁路轨道梁预应力施工上海磁悬浮工程为国家重点工程，既是国内兴建的首条磁悬浮铁路，也将是世界上首次用于商业运营的磁b.浮铁路。它东起上海浦东机场，西至龙阳地铁站，全长约30krn，设计时速450kr可h，总投资约90亿元。1轨道梁概况磁悬浮列车卞要依靠电磁力实现传统铁路的支承、导向和牵引功能，而实现这一功能的卞要部件就是导向轨。导向轨卞要由两部分组成:①导向轨的功能件，包括长定了、支承滑行轨及侧向导轨;逗支撑结构，包括各种形式的轨道梁。由于磁b.浮列车以高速度运行，同时要求列车通过时导向轨零挠度，因此，对轨道梁儿何形状精度和抗变形、抗震、抗裂等性能提出了高要求，并对梁体施工的实际状况和测试结果予以评定。所以，在轨道梁中铺设了大量的预应力筋并进行张拉，以提高构件性能。轨道梁的规格有12,21,24,SOrn梁，24m梁中锚具及钢绞线在梁上布置如图1所示。钢绞线采用270级高强低松弛钢绞线，直径15.24mrn，每股公称面积140rnrn2，标准强度1860MPa，技术条件符合美国标准《预应力混凝土用无涂层七兹钢绞线技术条件》ASTMA416M-98III《预应力混凝土用钢绞线》GB/T5224-1995的规定。后张预应力锚具应满足《预应力筋用锚具、夹具和连接器)k}B/T14370-2000规定的I类锚具要求，严禁出现断兹和滑兹。由于后张锚具是关键的受力件，其质量和施工水平将直接影响梁11中的应力分布。为此，选用柳州海威姆公司生产的新型HVM15系列锚具。该锚具采用计算机有限元技术对锚固件进行了受力分析，通过研究夹片和锚板的尺寸配合关系，对原有的锚夹具锚固单元进行分析的同时，也采用同样的边界条件、单元划分方法、荷载、单元类型对新设计的锚固单元进行分析。对比两者的受力情况，特别是两者钢绞线的应力集中程度，以选取优化设计方案，使得锚具结构尺寸优化，适应性强，预应力损失小，确保了工程质量并提高了预应力施工的安全性和可靠性。新型HVM15锚具锚固单元有限元分析计算结果如图2所示，图2中左边为钢绞线的轴对称单元，中间为夹片单元，右边为锚板单元。由图2可见，钢绞线在夹片小端发生颈缩，说明锚具的锚固性能很好，可以达到很高的锚固效率系数。T5224-1995的规定。后张预应力锚具应满足《预应力筋用锚具、夹具和连接器)k}B/T14370-2000规定的I类锚具要求，严禁出现断兹和滑兹。由于后张锚具是关键的受力件，其质量和施工水平将直接影响梁中的应力分布。为此，选用柳州海威姆公司生产的新型HVM15系列锚具。该锚具采用计算机有限元技术对锚固件进行了受力分析，通过研究夹片和锚板的尺寸配合关系，对原有的锚夹具锚固单元进行分析的同时，也采用同样的边界条件、单元划分方法、荷载、单元类型对新设计的锚固单元进行分析。对比两者的受力情况，特别是两者钢绞线的应力集中程度，以选取优化设计方案，使得锚具结构尺寸优化，适应性强，预应力损失小，确保了工程质量并提高了预应力施工的安12全性和可靠性。新型HVM15锚具锚固单元有限元分析计算结果如图2所示，图2中左边为钢绞线的轴对称单元，中间为夹片单元，右边为锚板单元。由图2可见，钢绞线在夹片小端发生颈缩，说明锚具的锚固性能很好，可以达到很高的锚固效率系数。2施工过程梁顶部和底部的成排钢绞线为先张部分，中间4束钢绞线为后张部分。张拉施工前丁‘斤顶和油表需到法定计量单位配套标定，并取得相应的标定报告，后张锚具还需做静载试验，合格后方可进行施工。2.1先张施工13将有内模的钢筋骨架绑扎好，并同时安装好波纹竹和螺旋筋，穿入钢绞线后用吊车吊至预定位置，准备工作完成后按如下顺序施工(见图3):1},}}钢绞线穿过端模板;②目单孔连接器连接张拉台架上的1段钢绞线;国月4台台架上的丁‘斤顶对钢绞线整体预紧;匹在台架和油缸之间插入U形铁块，4台丁‘斤顶卸压(上、下各2台);圆刊前卡丁‘斤顶逐根张拉至计控制应力;⑥待混凝土达到一定强度后，丁‘斤顶顶出，取出U形铁块，缓慢卸压，钢绞线放松，割掉梁端头富余的钢绞线(放张过程)。钢绞线先张施工结束后浇注混凝土，然后盖帆布蒸养约2.5d，使混凝土强度达到设计强度的80%左右，脱模后将预制梁从制梁车间移至外面的空地上进行后张施工。先张法张拉时，梁与梁间用单孔连接器将钢绞线连起来，3片12m梁或2片24m梁即可同时张拉，大大加快了施工进度，并节省了张拉台座和张拉设备，减轻了工人的劳动强度。2.2后张施工2.2.1安装波纹竹、螺旋筋、锚垫板因波纹竹重量轻、体积大、运输成本高，所以采用现场机器卷制金属波纹竹。波纹竹安装尽量按照图纸要求，每隔一定距离用细钢筋绑扎牢固，防止浇注混凝土时竹道上浮和偏位。当波纹竹与普通钢筋相碰时，钢筋可作适当调整。波纹竹安装好后严禁焊接作业，防止烧伤竹壁造成漏浆，同时先将钢绞线穿入波纹竹中，避免万一竹道有少量漏浆时无法穿索的局面。锚垫板用螺栓固定在端模上，靠模时注意锚垫板与波纹竹必须垂直。2.2.2张拉、锚固以图1所示的24m梁为例，在后张施工中，轨道梁14与以往预制梁不同的是:它先对下边的2束钢绞线用11孔锚具张拉到设计应力，上边的7孔锚具及钢绞线用胶带纸粘好封住，防止钢绞线腐蚀和雨水进入波纹竹内，待混凝土的收缩徐变完成，即约2个月后再进行张拉、灌浆。由于施工单位不同，采用了多孔顶压锚固和限位板限位后夹片跟进自锚两种锚固工艺。张拉控制应力均为钢绞线标准抗拉强度的65%左右(12,24m梁)。张拉方式为4台丁‘斤顶对2束钢绞