高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术研究生课程讲稿.pptx

1引言引言1磁浮大跨度桥梁设计关键技术研究磁浮大跨度桥梁设计关键技术研究2高速磁浮跨黄浦江桥梁方案研究高速磁浮跨黄浦江桥梁方案研究3三塔斜拉桥方案介绍三塔斜拉桥方案介绍4主要内容主要内容高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术2引言引言1高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术3u本课题研究跨越黄浦江的大跨度高速磁浮桥本课题研究跨越黄浦江的大跨度高速磁浮桥梁关键技术、主要设计参数和设计指南、梁关键技术、主要设计参数和设计指南、可行的技术方案，为准备修建的上海浦东可行的技术方案，为准备修建的上海浦东机场到虹桥机场磁浮交通线做好必要的技机场到虹桥机场磁浮交通线做好必要的技术准备。术准备。u磁浮交通桥梁刚度要求高，变形限值要求非磁浮交通桥梁刚度要求高，变形限值要求非常严格，与道路桥梁和铁路桥梁相比，有常严格，与道路桥梁和铁路桥梁相比，有其独特的技术要求。其独特的技术要求。1.1 1.1 概述概述高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术41.1 1.1 概述概述高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术v磁浮上海机场联络线沿磁浮上海机场联络线沿A15A15公路南侧跨越黄浦江，大桥位于现有公路南侧跨越黄浦江，大桥位于现有闵浦大桥南侧；闵浦大桥南侧；v考虑施工可行性、减小相互影响为前提，尽量靠近闵浦大桥，考虑施工可行性、减小相互影响为前提，尽量靠近闵浦大桥，减少用地；减少用地；v两桥中线间距离约两桥中线间距离约85m85m，桥面净距约，桥面净距约50m50m；磁磁浮浮跨跨黄黄浦浦江江桥桥梁梁工工程程5u要建造跨越黄浦江的磁浮大跨桥梁，目前没要建造跨越黄浦江的磁浮大跨桥梁，目前没有现成的设计标准可循，也没有已建成的有现成的设计标准可循，也没有已建成的大跨桥梁的经验可供借鉴，磁浮交通大跨大跨桥梁的经验可供借鉴，磁浮交通大跨桥梁设计、建造技术存在着许多人们尚未桥梁设计、建造技术存在着许多人们尚未认识且有待研究的东西。因此开展大跨度认识且有待研究的东西。因此开展大跨度磁浮桥梁设计关键技术的前期研究无论是磁浮桥梁设计关键技术的前期研究无论是对上海磁浮交通线的建设，还是对磁浮交对上海磁浮交通线的建设，还是对磁浮交通技术的发展与推广均具有重要的理论意通技术的发展与推广均具有重要的理论意义和工程实际应用意义。义和工程实际应用意义。高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术1.1 1.1 概述概述6u磁浮列车是一种利用电磁力实现车辆支撑、牵引磁浮列车是一种利用电磁力实现车辆支撑、牵引和导向的交通运输工具，其结构形式既具有常规和导向的交通运输工具，其结构形式既具有常规轮轨接触式铁路交通的特点，又有独特的结构形轮轨接触式铁路交通的特点，又有独特的结构形式和系统工作原理：非接触式的电磁悬浮、导向式和系统工作原理：非接触式的电磁悬浮、导向系统、非接触式的牵引和制动。系统、非接触式的牵引和制动。u磁悬浮列车没有传统火车的车轮，靠巨大的电磁磁悬浮列车没有传统火车的车轮，靠巨大的电磁力（吸引力或排斥力）支撑而悬浮在导轨上，运力（吸引力或排斥力）支撑而悬浮在导轨上，运行时除了空气摩擦阻力外，没有传统的轮轨摩擦行时除了空气摩擦阻力外，没有传统的轮轨摩擦阻力和其它阻力，能达到传统陆地交通工具空前阻力和其它阻力，能达到传统陆地交通工具空前未有的速度（时速可达未有的速度（时速可达500km500kmh h）。）。高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术1.2 1.2 磁浮交通简介磁浮交通简介7u磁磁浮浮列列车车利利用用电电磁磁吸吸力力或或斥斥力力悬悬浮浮和和导导向向车车体体，采采用用直直线线电电机机牵牵引引列列车车。按按电电磁磁力力的的产产生生方方式式，目目前前磁浮列车己采用的电磁悬浮模式可分为：磁浮列车己采用的电磁悬浮模式可分为：永磁悬浮永磁悬浮PMSPMS（Permanent Permanent Magnet Magnet SuspensionSuspension），代代表表车车型型有有德德国国M-bahnM-bahn；常导电磁悬浮常导电磁悬浮EMSEMS（Electro Electro magnetic magnetic SuspensionSuspension），以以可可控控电电磁磁铁铁为为主主形形成成磁磁吸吸式式系系列列，代代表表车车型型有有德德国国TransrapidTransrapid、日日本本HSSTHSST、韩韩国国KomagKomag，悬悬浮浮气气隙隙稳稳定定在在812mm812mm，最多为最多为20mm20mm（如真空管道列车）；（如真空管道列车）；高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术1.2 1.2 磁浮交通简介磁浮交通简介8超导电动悬浮超导电动悬浮EDSEDS（Electrodynamic Electrodynamic SuspensionSuspension）；研研究究表表明明，超超导导磁磁体体具具有有自自身身稳稳定定调调控控能能力力，其其悬悬浮浮状状态态的的实实现现一一般般无无需需外外界界控控制制系系统统。低低速速时时抬抬车车力力小小，故故车车辆辆加加辅辅助助轮轮，高高速速时时车车体体可可达达100100300mm300mm的的悬悬浮浮高高度度，代代表表车车型型有有日日本本研研制制的的MLU001MLU001、MLU002MLU002、MLU002NMLU002N及及MLX01MLX01型；型；高温超导高温超导HTSHTS（High High Temperature Temperature SuperconductorSuperconductor）悬悬 浮浮；（5 5）混混合合电电磁磁悬悬浮浮，以以上上四四种种基基本本悬悬浮浮方方式式的的组合，如组合，如PMSPMS与与EMSEMS组合。组合。高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术1.2 1.2 磁浮交通简介磁浮交通简介9高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术1.2 1.2 磁浮交通简介磁浮交通简介磁浮列车悬浮方式与结构示意图10高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术1.2 1.2 磁浮交通简介磁浮交通简介磁浮列车悬浮方式与结构示意图11高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术1.2 1.2 磁浮交通简介磁浮交通简介美国中低速磁悬浮车辆概念图12高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术1.2 1.2 磁浮交通简介磁浮交通简介国防科大CMS-03A工程样车 西南交大中低速磁浮列车13高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术1.2 1.2 磁浮交通简介磁浮交通简介日本超导磁悬浮试验车 上海磁悬浮14高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术1.2 1.2 磁浮交通简介磁浮交通简介德国磁浮列车TR08结构原理图15u目前已修建的磁浮交通桥梁的数量有限，目前已修建的磁浮交通桥梁的数量有限，其结构形式主要是小跨径的简支梁，只有其结构形式主要是小跨径的简支梁，只有日本山梨试验线修建了跨度超百米的用于日本山梨试验线修建了跨度超百米的用于超导系统的尼尔森体系系杆拱桥，而常导超导系统的尼尔森体系系杆拱桥，而常导磁悬浮系统的超百米跨度桥梁的建设在世磁悬浮系统的超百米跨度桥梁的建设在世界上尚无先例，迄今为止人们对大跨磁浮界上尚无先例，迄今为止人们对大跨磁浮交通桥梁建造技术的认识和实践均处于初交通桥梁建造技术的认识和实践均处于初级阶段。级阶段。高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术1.3 1.3 磁浮轨道梁简介磁浮轨道梁简介16u轨道梁的特点可以概括为以下几点轨道梁的特点可以概括为以下几点:1.1.一般均采用高架结构一般均采用高架结构;2.2.以小跨度为主以小跨度为主;3.3.刚度大、整体性好刚度大、整体性好;4.4.重视改善结构耐久性，便于检查、维修。重视改善结构耐久性，便于检查、维修。高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术1.3 1.3 磁浮轨道梁简介磁浮轨道梁简介17高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术1.3 1.3 磁浮轨道梁简介磁浮轨道梁简介德国高速磁浮轨道梁变迁18常常规规的的中中小小跨跨径径轨轨道道梁梁高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术上海浦东磁浮示范运营线轨道梁上海浦东磁浮示范运营线轨道梁1.3 1.3 磁浮轨道梁简介磁浮轨道梁简介19高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术上海浦东磁浮示范运营线轨道梁上海浦东磁浮示范运营线轨道梁12.384m预应力砼梁预应力砼梁 1.3 1.3 磁浮轨道梁简介磁浮轨道梁简介常常规规的的中中小小跨跨径径轨轨道道梁梁20高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术上海浦东磁浮示范运营线轨道梁上海浦东磁浮示范运营线轨道梁224.768m钢砼复合梁钢砼复合梁1.3 1.3 磁浮轨道梁简介磁浮轨道梁简介常常规规的的中中小小跨跨径径轨轨道道梁梁21u上海线跨越浦东运河等有通航等级河道时采用了上海线跨越浦东运河等有通航等级河道时采用了桥上轨道桥上轨道梁结构梁结构，结构为迭合式体系。桥上轨道梁为，结构为迭合式体系。桥上轨道梁为6.192m6.192m的钢筋的钢筋砼板梁，下部支撑结构为三跨连续钢梁，主跨跨径砼板梁，下部支撑结构为三跨连续钢梁，主跨跨径45m45m。板梁与下部钢梁间采用连接型钢及高强螺栓、焊钉连接。板梁与下部钢梁间采用连接型钢及高强螺栓、焊钉连接。高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术上海浦东磁浮示范运营线轨道梁上海浦东磁浮示范运营线轨道梁迭合钢梁横断面迭合钢梁横断面 桥桥上上轨轨道道梁梁结结构构1.3 1.3 磁浮轨道梁简介磁浮轨道梁简介22日本山梨实验线小形山尼尔森拱桥日本山梨实验线小形山尼尔森拱桥 u迄今为止，最大跨度磁悬浮交通迄今为止，最大跨度磁悬浮交通桥梁是日本山梨实验线上的小形桥梁是日本山梨实验线上的小形山桥，该桥为单跨、双线提篮式山桥，该桥为单跨、双线提篮式尼尔森体系系杆拱桥，尼尔森体系系杆拱桥，跨长为跨长为136.5m136.5m，拱肋矢高为，拱肋矢高为23m23m，中距为，中距为15m15m，宽跨比约为，宽跨比约为1/9,1/9,拱肋、系拱肋、系杆以及桥面的横梁均采用钢结构，杆以及桥面的横梁均采用钢结构，横梁间距为横梁间距为15m15m，与采用轻质混凝，与采用轻质混凝土材料轨道梁为纵梁组成桥面系，土材料轨道梁为纵梁组成桥面系，吊杆采用斜吊杆，倾斜角为吊杆采用斜吊杆，倾斜角为6060度。度。小形山桥位于山梨试验线的端头小形山桥位于山梨试验线的端头附近，行车的速度将小于正常的附近，行车的速度将小于正常的试验运行速度。试验运行速度。高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术大跨度磁浮交通桥梁大跨度磁浮交通桥梁1.3 1.3 磁浮轨道梁简介磁浮轨道梁简介23v德方建议将带有高精度功能面的轨面结构架设在常规德方建议将带有高精度功能面的轨面结构架设在常规桥梁结构上桥梁结构上(称其为迭合梁结构称其为迭合梁结构)，以跨越大的障碍。，以跨越大的障碍。目前适合于磁浮列车运行的迭合梁结构在国内外均无目前适合于磁浮列车运行的迭合梁结构在国内外均无先例，至今未见有关该结构研究的公开报道。先例，至今未见有关该结构研究的公开报道。v针对磁浮迭合梁结构的研究方法、需满足的变形控制针对磁浮迭合梁结构的研究方法、需满足的变形控制指标及限值、结构型式、变形影响因素、结构主要设指标及限值、结构型式、变形影响因素、结构主要设计参数合理取值范围以及德方提供的经验公式能否满计参数合理取值范围以及德方提供的经验公式能否满足磁浮迭合梁动力设计等问题都巫待研究并解决。足磁浮迭合梁动力设计等问题都巫待研究并解决。高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术1.4 1.4 磁浮大跨度桥梁磁浮大跨度桥梁迭合梁迭合梁（梁上梁）结构（梁上梁）结构24高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术v磁磁浮浮迭迭合合梁梁由由上上层层轨轨面面结结构构、下下层层桥桥梁梁结结构构及及上下层连接机构三部分组成，其中，上下层连接机构三部分组成，其中，1.1.上上层层轨轨面面结结构构，即即轨轨道道梁梁，提提供供功功能能区区的的三三个个功功能能面面并并将将功功能能区区的的受受力力通通过过连连接接机机构构传传递递给给承重梁；承重梁；2.2.下下层层桥桥梁梁结结构构（大大跨跨度度桥桥梁梁），为为上上层层轨轨道道梁梁提供支承，保证列车的安全、平稳运行；提供支承，保证列车的安全、平稳运行；3.3.连接机构连接机构是上下层结构之间的连接及传力机构。是上下层结构之间的连接及传力机构。1.4 1.4 磁浮大跨度桥梁磁浮大跨度桥梁迭合梁迭合梁（梁上梁）结构（梁上梁）结构25高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术1.4 1.4 磁浮大跨度桥梁磁浮大跨度桥梁迭合梁迭合梁（梁上梁）结构（梁上梁）结构26高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术1.4 1.4 磁浮大跨度桥梁磁浮大跨度桥梁迭合梁迭合梁（梁上梁）结构（梁上梁）结构27磁浮大跨度桥梁设计关键技术研究磁浮大跨度桥梁设计关键技术研究2高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术28高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术2.1 2.1 高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术研究内容研究内容 跨越黄浦江的磁浮大跨度桥梁技术标跨越黄浦江的磁浮大跨度桥梁技术标准要求：准要求：列车过桥速度不低于列车过桥速度不低于350km/h350km/h，并考虑双线列车桥上交会的情况并考虑双线列车桥上交会的情况，本课题，本课题研究是在上述标准的前提下展开的，对更研究是在上述标准的前提下展开的，对更高的车速（高的车速（420km/h420km/h）只做一般性的探索）只做一般性的探索。29大跨度桥梁车桥相互动力作用以及变形对列大跨度桥梁车桥相互动力作用以及变形对列车走行性影响的机理研究；车走行性影响的机理研究；大跨度桥梁关键设计参数限值的研究；大跨度桥梁关键设计参数限值的研究；通过设计关键技术研究和桥梁方案研究，总通过设计关键技术研究和桥梁方案研究，总结提炼磁浮交通大跨度桥梁设计指南；结提炼磁浮交通大跨度桥梁设计指南；大跨度桥梁主梁伸缩缝装置的研究；大跨度桥梁主梁伸缩缝装置的研究；桥梁抗风和横风对列车走行性的影响。桥梁抗风和横风对列车走行性的影响。高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术2.1 2.1 高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术研究内容研究内容30(1)(1)大跨度桥梁车桥相互动力作用以及变大跨度桥梁车桥相互动力作用以及变形对列车走行性影响的机理研究；形对列车走行性影响的机理研究；本项研究是后续研究的基础。主要研本项研究是后续研究的基础。主要研究磁浮大跨桥梁（梁上梁结构形式）车辆究磁浮大跨桥梁（梁上梁结构形式）车辆与桥梁动力相互作用机理和大跨桥梁变形与桥梁动力相互作用机理和大跨桥梁变形对列车走行性影响：如车辆过桥时对桥梁对列车走行性影响：如车辆过桥时对桥梁激振力的幅值和主要作用的频率；桥梁变激振力的幅值和主要作用的频率；桥梁变形对列车走行的影响以及影响耦合作用的形对列车走行的影响以及影响耦合作用的主要因素等。主要因素等。高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术2.1 2.1 高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术研究内容研究内容31高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术 研究过程要涉及到大型计算软件的编研究过程要涉及到大型计算软件的编制，应用大型计算机的仿真计算模拟车辆制，应用大型计算机的仿真计算模拟车辆过桥时车、桥动力响应的状况，过桥时车、桥动力响应的状况，同时进行同时进行一些必要的既有桥梁的动力试验，检验所一些必要的既有桥梁的动力试验，检验所采用的理论和计算结果的正确性。采用的理论和计算结果的正确性。32 在第一部分理论研究的基础上，进一步在第一部分理论研究的基础上，进一步研究影响磁浮桥梁设计中关键设计参数限研究影响磁浮桥梁设计中关键设计参数限值要求的本质问题和限值的依据，然后综值要求的本质问题和限值的依据，然后综合各种影响因素，分析确定大跨度桥梁关合各种影响因素，分析确定大跨度桥梁关键设计参数限值。键设计参数限值。(2).(2).大跨度桥梁关键设计参数限值的研究大跨度桥梁关键设计参数限值的研究2.1 2.1 高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术研究内容研究内容33主要主要内容有：内容有：1.1.大跨度桥梁主梁的竖向、横向挠跨比设计参大跨度桥梁主梁的竖向、横向挠跨比设计参数限值的确定；数限值的确定；2.2.主梁竖向、横向梁端折角限值的确定；主梁竖向、横向梁端折角限值的确定；3.3.主梁的扭转变形和的频率限值的研究；主梁的扭转变形和的频率限值的研究；4.4.主梁动力放大系数及动力响应变化规律等。主梁动力放大系数及动力响应变化规律等。高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术34(3).(3).通过设计关键技术研究和桥梁方案研究，通过设计关键技术研究和桥梁方案研究，总结提炼磁浮交通大跨度桥梁设计指南总结提炼磁浮交通大跨度桥梁设计指南 指南主要内容包括以下几个部分：指南主要内容包括以下几个部分：1.1.大跨度桥梁的构造要求（包括轨道梁形式等）；大跨度桥梁的构造要求（包括轨道梁形式等）；2.2.大跨度桥梁的关键设计参数标准；大跨度桥梁的关键设计参数标准；3.3.大跨度桥梁桥梁刚度和动力性能检算要求和大跨度桥梁桥梁刚度和动力性能检算要求和技术。技术。高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术2.1 2.1 高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术研究内容研究内容35u大跨度桥梁梁端伸缩变形较大，导致主梁大跨度桥梁梁端伸缩变形较大，导致主梁梁端、轨道梁的移动以及电磁线圈模数取梁端、轨道梁的移动以及电磁线圈模数取整的问题，甚至影响电磁作用力作用的方整的问题，甚至影响电磁作用力作用的方向，因此要研究伸缩缝处合理构造和处理向，因此要研究伸缩缝处合理构造和处理方法，保证电磁作用力不受梁端变形的影方法，保证电磁作用力不受梁端变形的影响。响。u中小跨径轨道梁由于伸缩变形小，不存在中小跨径轨道梁由于伸缩变形小，不存在这样的问题这样的问题(4).(4).大跨度桥梁主梁伸缩缝装置的研究大跨度桥梁主梁伸缩缝装置的研究高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术2.1 2.1 高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术研究内容研究内容36u该项研究主要内容包括：该项研究主要内容包括：1.1.轮轨桥梁伸缩缝构造的调研；轮轨桥梁伸缩缝构造的调研；2.2.伸缩缝对磁浮列车电磁力影响的变化规律；伸缩缝对磁浮列车电磁力影响的变化规律；3.3.磁浮桥梁伸缩缝合理伸缩量值确定；磁浮桥梁伸缩缝合理伸缩量值确定；4.4.保证车辆走行安全的伸缩构造的提出。保证车辆走行安全的伸缩构造的提出。高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术37(5).(5).桥梁抗风和横风对列车走行性的影响桥梁抗风和横风对列车走行性的影响v研究相邻桥梁（闵浦大桥和拟建磁浮交研究相邻桥梁（闵浦大桥和拟建磁浮交通桥梁）尾流效应对新建桥梁和既有桥通桥梁）尾流效应对新建桥梁和既有桥梁的影响。梁的影响。高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术2.1 2.1 高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术研究内容研究内容382.2.1.2.2.1.磁浮轨道梁刚度控制的几个主要指标磁浮轨道梁刚度控制的几个主要指标(1)(1)主梁主梁竖向挠跨比竖向挠跨比，横向挠跨比横向挠跨比 （控制桥面挠曲变形程度，保持平顺性）；（控制桥面挠曲变形程度，保持平顺性）；(2)(2)主梁主梁竖向、横向最小频率竖向、横向最小频率限值限值 （避免产生过大的动力响应）；（避免产生过大的动力响应）；(3)(3)主梁上方的轨道梁主梁上方的轨道梁梁端最大折角梁端最大折角限值。限值。2.2 2.2 中小跨度磁浮桥梁关键设计参数中小跨度磁浮桥梁关键设计参数高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术392.2.2 2.2.2 磁浮磁浮线路设计规范线路设计规范相关规定相关规定竖向挠跨比限值竖向挠跨比限值：(1)挠跨比：挠跨比：在列车静活载作用下：在列车静活载作用下：在日温差荷载作用下：在日温差荷载作用下：上缘升温上缘升温下缘升温下缘升温高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术40横向挠跨比限值横向挠跨比限值：在横向静活载（在横向静活载（3.9kN/m)作用下：作用下：在日温差荷载作用下：在日温差荷载作用下：高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术41式中：式中：V V 为车速为车速(m/s)；L L 为梁跨跨长（为梁跨跨长（m）；）；f 为频率（为频率（Hz）。）。(2)大跨度主梁最小频率限值大跨度主梁最小频率限值 磁浮磁浮线路设计规范线路设计规范规定：规定：没有说明对竖向、横向或扭转基频适用。没有说明对竖向、横向或扭转基频适用。高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术42(3)(3)轨道梁梁端最大折角限值轨道梁梁端最大折角限值 规定为：规定为：单端竖向转角限值不大于单端竖向转角限值不大于8/100008/10000radrad，两端转角，两端转角之和限值不大于之和限值不大于16/1000016/10000radrad；该规定是列车静活载折角最大限值、还是和温该规定是列车静活载折角最大限值、还是和温度荷载共同下折角最大限值，规范没有明确说明。度荷载共同下折角最大限值，规范没有明确说明。高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术轨道梁梁端折角示意轨道梁梁端折角示意43竖向（竖向（z方向）方向）横向（横向（y方向）方向）挠跨比挠跨比列车引起列车引起1/4000挠跨比挠跨比列车引起列车引起1/15000温度引起温度引起-1/65001/5400温度引起温度引起1/5800梁端折角梁端折角（两侧之和）（两侧之和）/(rad/10000)列车引起列车引起16梁端折角梁端折角（两侧之和）（两侧之和）/(rad/10000)列车引起列车引起4.5温度引起温度引起-9.711.6温度引起温度引起10.8下部结构引起下部结构引起的塑性变形的塑性变形1.7下部结构引起的下部结构引起的塑性变形塑性变形1.7下部结构引起下部结构引起的弹性变形的弹性变形1.7下部结构引起的下部结构引起的弹性变形弹性变形1.711.3频率频率1.1V/L频率频率1.1V/L(4)(4)线路设计基础线路设计基础刚度标准汇总刚度标准汇总线路设计基础线路设计基础刚度标准汇总刚度标准汇总高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术44各国高速铁路对梁刚度的要求各国高速铁路对梁刚度的要求高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术452.3 2.3 大跨度桥梁设计关键技术初步研究大跨度桥梁设计关键技术初步研究（1）挠跨比的确定）挠跨比的确定 首先参考高速铁路设计：初步确定挠首先参考高速铁路设计：初步确定挠跨比（跨比（f/L=1/1200），拟定主梁尺寸，然），拟定主梁尺寸，然后对各项其它指标进行验算，通过不断试后对各项其它指标进行验算，通过不断试算，调整修改挠跨比，最终确定合理值。算，调整修改挠跨比，最终确定合理值。磁浮磁浮线路设计规范线路设计规范只适合于小跨度桥梁，只适合于小跨度桥梁，大跨度桥梁应该放松，但到底挠跨比限值放松到大跨度桥梁应该放松，但到底挠跨比限值放松到何种程度较为合适，需要进行专题研究。何种程度较为合适，需要进行专题研究。高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术2.3.1 2.3.1 大跨度桥梁设计关键参数研究大跨度桥梁设计关键参数研究46大跨度铁路（公铁两用）桥梁挠跨比大跨度铁路（公铁两用）桥梁挠跨比高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术47（98+196+504+196+98）m钢桁斜拉钢桁斜拉桥。桥。铁路主桥按四线建设，其中两线为铁路主桥按四线建设，其中两线为高速铁路，两线为普速高速铁路，两线为普速级干线，桥上级干线，桥上层为公路六车道（武汉市中环线）。高层为公路六车道（武汉市中环线）。高速铁路设计旅客列车行车速度速铁路设计旅客列车行车速度250km/h，汽车行车速度，汽车行车速度80km/h。高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术天兴洲公铁两用长江大桥天兴洲公铁两用长江大桥(109.5+192+336+336+192+109.5）m连续钢桁梁拱桥。连续钢桁梁拱桥。主桥按六线建设，主桥按六线建设，其中两线为京沪高速铁路，两线为沪其中两线为京沪高速铁路，两线为沪汉蓉客运专线，两线为城市轨道交通。汉蓉客运专线，两线为城市轨道交通。本桥该跨度设计行车速度本桥该跨度设计行车速度300km/h为为世界桥梁之最。世界桥梁之最。南京大胜关长江大桥南京大胜关长江大桥48（2）梁端折角的确定梁端折角的确定 大、小梁跨对于折角来说都是一样的，因大、小梁跨对于折角来说都是一样的，因此大跨度桥梁梁端折角限值按磁浮此大跨度桥梁梁端折角限值按磁浮线路设计基线路设计基础础规定限值执行，即单端竖向转角限值不大于规定限值执行，即单端竖向转角限值不大于8/10000rad。研究表明：大跨度桥梁由于主梁和轨道梁研究表明：大跨度桥梁由于主梁和轨道梁是分开的，轨道梁可以使得桥面（行车面）上的是分开的，轨道梁可以使得桥面（行车面）上的折角比主梁上的折角大大减小，而且轨道梁跨度折角比主梁上的折角大大减小，而且轨道梁跨度越小，桥面折角降低得越显著，这和高速铁路研越小，桥面折角降低得越显著，这和高速铁路研究结果是一致的。究结果是一致的。高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术49（3）最小频率的确定）最小频率的确定 理论研究表明：理论研究表明：磁浮磁浮线路设计基础线路设计基础中小跨度频率限值中小跨度频率限值 f 1.1V/L V/L 对大跨度桥梁是适用的。对大跨度桥梁是适用的。其中其中：0.5V/L V/L 是移动荷载过桥激振频率，是移动荷载过桥激振频率，桥梁最小频率取桥梁最小频率取1.1 V/L V/L，其其1.1系数是使桥梁系数是使桥梁基频避开激振频率要求的频率，以免产生共振。基频避开激振频率要求的频率，以免产生共振。上述频率限值规定：竖向基频检算，对于横上述频率限值规定：竖向基频检算，对于横向、扭转基频基频检算有点牵强附会。向、扭转基频基频检算有点牵强附会。高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术50竖向（竖向（z方向）方向）横向（横向（y方向）方向）梁端折角梁端折角（两侧之和）（两侧之和）/(rad/10000)轨道梁轨道梁自身变形自身变形引引起的折角（列车起的折角（列车+温度）温度）+大跨度桥大跨度桥梁变形梁变形引起的轨道引起的轨道梁折角（双线列车梁折角（双线列车+温度）温度）16梁端折角梁端折角（两侧之和）（两侧之和）/(rad/10000)轨道梁轨道梁自身变形自身变形引起的折角（列引起的折角（列车车+温度）温度）+大跨大跨度桥梁变形度桥梁变形引起引起的轨道梁折角的轨道梁折角（双线列车（双线列车+温度）温度）16频率频率/Hz1.1V/L频率频率/Hz1.1V/L（4).4).本研究采用的刚度检算标准汇总本研究采用的刚度检算标准汇总高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术51关于梁端伸关于梁端伸缩缝的方案的方案l轨道梁定子铁芯间的允许缝隙范围为轨道梁定子铁芯间的允许缝隙范围为43146mm43146mm，因此轨道梁的伸缩长度受到限制。，因此轨道梁的伸缩长度受到限制。l大跨度桥梁在温度、风荷载影响等作用下，梁大跨度桥梁在温度、风荷载影响等作用下，梁的伸缩长度很大，若不采取措施，桥梁端部轨的伸缩长度很大，若不采取措施，桥梁端部轨道梁定子铁芯间的缝隙将无法满足系统要求。道梁定子铁芯间的缝隙将无法满足系统要求。l磁浮线路的大跨径桥梁结构与相邻轨道梁间需磁浮线路的大跨径桥梁结构与相邻轨道梁间需通过设计特殊的伸缩装置才能满足系统对定子通过设计特殊的伸缩装置才能满足系统对定子铁芯缝宽度的要求。铁芯缝宽度的要求。高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术2.3.2 2.3.2 大跨度桥梁主梁伸缩缝装置的研究大跨度桥梁主梁伸缩缝装置的研究52关于梁端伸关于梁端伸缩缝的方案的方案l新型伸缩装置的总体设计思想是：新型伸缩装置的总体设计思想是：将大跨桥梁的伸长、缩短量分摊到多片相邻将大跨桥梁的伸长、缩短量分摊到多片相邻标准轨道梁上，使桥梁与轨道梁间、轨道梁标准轨道梁上，使桥梁与轨道梁间、轨道梁与轨道梁间定子铁芯间隙都满足系统要求。与轨道梁间定子铁芯间隙都满足系统要求。需设置伸缩缝装置的相邻轨道梁的数目根据需设置伸缩缝装置的相邻轨道梁的数目根据大跨度桥梁可能发生的伸缩量决定。大跨度桥梁可能发生的伸缩量决定。如何保证这若干道小缝的伸缩量一致则是我如何保证这若干道小缝的伸缩量一致则是我们要考虑的关键问题。们要考虑的关键问题。高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术53一种可能的伸缩缝装置构造一种可能的伸缩缝装置构造高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术54v由于连杆和销轴的联动作用，斜拉桥的由于连杆和销轴的联动作用，斜拉桥的伸缩量可以均匀的分布到该区域内的若伸缩量可以均匀的分布到该区域内的若干道小缝，可以在满足斜拉桥总伸缩量干道小缝，可以在满足斜拉桥总伸缩量的前提下，保证轨道梁定子铁芯间的缝的前提下，保证轨道梁定子铁芯间的缝隙在允许范围内。隙在允许范围内。高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术一种可能的伸缩缝装置构造一种可能的伸缩缝装置构造552.3.3 2.3.3 桥梁抗风和横风对列车走行性的影响桥梁抗风和横风对列车走行性的影响v研究相邻桥梁（闵浦大桥和拟建磁浮交研究相邻桥梁（闵浦大桥和拟建磁浮交通桥梁）尾流效应对新建桥梁和既有桥通桥梁）尾流效应对新建桥梁和既有桥梁的影响。梁的影响。l磁浮上海机场联络线沿A15公路南侧跨越黄浦江，大桥位于现有闵浦大桥南侧；l考虑施工可行性、减小相互影响为前提，尽量靠近闵浦大桥，减少用地；l两桥中线间距离约85m，桥面净距约50m；高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术56v强风、桥梁、车辆耦合动力效应对列车强风、桥梁、车辆耦合动力效应对列车走行性的影响。走行性的影响。磁浮车辆质量较轻，在磁浮列车高速通过磁浮车辆质量较轻，在磁浮列车高速通过强风区时，强横风作用下势必加剧磁浮车辆强风区时，强横风作用下势必加剧磁浮车辆与轨道梁的振动。悬浮电磁铁与轨道梁之间与轨道梁的振动。悬浮电磁铁与轨道梁之间悬浮气隙只有悬浮气隙只有l0mml0mm左右，因此必须研究磁浮左右，因此必须研究磁浮车辆过桥的安全与乘坐舒适度。研究磁浮车车辆过桥的安全与乘坐舒适度。研究磁浮车辆与轨道梁的气动特性，强横风作用下的磁辆与轨道梁的气动特性，强横风作用下的磁浮车桥动力响应，探讨未来磁浮交通跨越强浮车桥动力响应，探讨未来磁浮交通跨越强风区的抗风分析方法，对磁浮交通的推广有风区的抗风分析方法，对磁浮交通的推广有重要实际意义。重要实际意义。高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术57高速磁浮跨黄浦江桥梁方案研究高速磁浮跨黄浦江桥梁方案研究3高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术583.1 3.1 高速磁浮跨黄浦江大桥方案桥型比选高速磁浮跨黄浦江大桥方案桥型比选l大跨径可能的只能是拱桥、悬索桥、斜拉大跨径可能的只能是拱桥、悬索桥、斜拉桥三种桥型。桥三种桥型。l限制条件：软土地基，高速磁浮对变形要限制条件：软土地基，高速磁浮对变形要求高。求高。高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术591.1.拱桥拱桥：已经超越了经济跨径，造价较高，而：已经超越了经济跨径，造价较高，而且施工风险较大，造型不协调；且施工风险较大，造型不协调；2.2.悬索桥悬索桥：在软土地基上修建，锚碇巨大，造：在软土地基上修建，锚碇巨大，造价高。悬索桥变形大，很难适应磁浮列车的价高。悬索桥变形大，很难适应磁浮列车的行车条件；行车条件；3.3.斜拉桥斜拉桥：在技术上是可行的，对软土地基有：在技术上是可行的，对软土地基有较强的适应性，整体刚度好。较强的适应性，整体刚度好。l综上所述，本桥采用综上所述，本桥采用斜拉桥斜拉桥方案的可能性最方案的可能性最大。大。高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术60结构比选结构比选主梁主梁v混凝土梁：自重大，本桥跨径过大，不合适采用混凝土梁：自重大，本桥跨径过大，不合适采用v钢箱梁：自重较轻；无收缩徐变影响；温度变形钢箱梁：自重较轻；无收缩徐变影响；温度变形大；结构刚度较小；大；结构刚度较小；v钢钢混凝土叠合梁：自重较重（介于混凝土梁混凝土叠合梁：自重较重（介于混凝土梁和钢箱梁之间）；有收缩徐变的影响；温度变形和钢箱梁之间）；有收缩徐变的影响；温度变形小；结构刚度较大；小；结构刚度较大；v钢桁梁：结构刚度大；无收缩徐变影响；主梁高钢桁梁：结构刚度大；无收缩徐变影响；主梁高度大，造价高。度大，造价高。高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术613.2 3.2 研究满足通航和行车要求的大跨度桥梁研究满足通航和行车要求的大跨度桥梁技术方案技术方案主要内容：主要内容：v调查黄浦江上游通航要求、主航道位置，调查黄浦江上游通航要求、主航道位置，确定大跨度桥梁的桥式、分孔布置。具体确定大跨度桥梁的桥式、分孔布置。具体研究三种桥式方案并进行比选，确定大跨研究三种桥式方案并进行比选，确定大跨度桥梁各方案的总体布置。度桥梁各方案的总体布置。三塔斜拉桥方案三塔斜拉桥方案双塔斜拉桥方案双塔斜拉桥方案钢系杆拱桥方案钢系杆拱桥方案高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术62（1 1）三塔斜拉桥方案三塔斜拉桥方案 主跨跨径约主跨跨径约360m360m。确定斜拉桥桥塔形式、塔梁。确定斜拉桥桥塔形式、塔梁连接方式，确定主梁的合理截面形式，并考虑以连接方式，确定主梁的合理截面形式，并考虑以下三种主梁结构，进行适用性，结构性能优化比下三种主梁结构，进行适用性，结构性能优化比较。较。1.1.正交异性钢桥面板的钢箱梁主梁；正交异性钢桥面板的钢箱梁主梁；2.2.混凝土和钢结合箱型主梁；混凝土和钢结合箱型主梁；3.3.钢桁梁钢桁梁。对每一种桥跨结构，进行桥梁刚度、动力性能对每一种桥跨结构，进行桥梁刚度、动力性能检算，通过检算，改进截面尺寸，进行结构优化，检算，通过检算，改进截面尺寸，进行结构优化，最后确定满足行车要求的可行性方案。最后确定满足行车要求的可行性方案。高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术63v斜拉桥主跨跨径约斜拉桥主跨跨径约450m450m。确定其分孔布置。确定其分孔布置以及斜拉桥桥塔、墩身、基础、和适合的以及斜拉桥桥塔、墩身、基础、和适合的主梁的形式和截面尺寸。主梁的形式和截面尺寸。v对双塔斜拉桥方案进行刚度和动力性能检对双塔斜拉桥方案进行刚度和动力性能检算，通过检算，提出修改意见，完善设计算，通过检算，提出修改意见，完善设计方案。方案。高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术（2 2）双塔斜拉桥方案）双塔斜拉桥方案64（3 3）钢系