高速磁浮大跨桥梁设计关键技术PPT学习课件

1、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 2 引言引言1 高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术 3 u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、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 术准备。 u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

2、键技术 4 1.1 1.1 概述概述 高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术 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； 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； 两桥中线间距离约85m，桥面净距约50m； N 磁浮跨黄浦江桥梁工程磁浮跨黄浦江桥梁工程 5 u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 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

3、理论意 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 1.1 1.1 概述概述 6 u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500kmh）。 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 7 u磁浮列车利

4、用电磁吸力或斥力悬浮和导向车体，采用直线电机牵引列车。按电磁力的产生方式，目前磁浮列车 己采用的电磁悬浮模式可分为： 永磁悬浮PMS （Permanent Magnet Suspension），代表车型有德国M-bahn； 常导电磁悬浮EMS （Electro magnetic Suspension），以可控电磁铁为主形成磁吸式系列，代表车型有德国Transrapid、日本 HSST、韩国Komag，悬浮气隙稳定在812mm，最多为20mm（如真空管道列车）； 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EDS （Electrodynamic Su

5、spension）；研究表明，超导磁体具有自身稳定调控能力，其悬浮状态的实现一般无 需外界控制系统。低速时抬车力小，故车辆加辅助轮，高速时车体可达100300mm的悬浮高度，代表 车型有日本研制的MLU001、MLU002、MLU002N及MLX01型； 高温超导HTS （High Temperature Superconductor）悬浮；（5）混合电磁悬浮，以上四种基本悬浮方式的组合，如 PMS与EMS组合。 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 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

6、10 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 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 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 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 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 15 u目前已修建的

7、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 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交通桥梁建造技术的认识和实 践均处于初级阶段。 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 16 u轨道梁的特点可以概括为以下几点: 1. 一般均采用高架结构; 2. 以小跨度为主; 3. 刚度大、整体性好; 4. 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 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

8、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 常规的中小跨径轨道梁常规的中小跨径轨道梁 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 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 常规的中小跨径轨道梁常规的中小跨径轨道梁 20 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

9、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 常规的中小跨径轨道梁常规的中小跨径轨道梁 21 u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梁结构，结构为迭合式体系。桥上轨道梁为6.192m 的钢筋砼板梁，下部支撑结构为三跨连续钢梁，主跨跨径45m。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 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 桥上轨道梁结构桥上轨道梁结构 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

10、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山桥，该桥为单跨、双 线提篮式尼尔森体系系杆拱桥，跨长为 136.5m，拱肋矢高为23m，中距为15m， 宽跨比约为1/9, 拱肋、系杆以及桥面的横 梁均采用钢结构，横梁间距为15m，与采 用轻质混凝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60度。 小形山 桥位于山梨试验线的端头附近，行车的速度 将小于正常的试验运行速度。 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 23 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(称 其为迭合梁结构)，以

11、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先例，至今未见有关该结构研究的公开报道。 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。 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 磁浮迭合梁由上层轨面结构、下层桥梁结构及上下层连接机 构三部分组成，其中， 1. 上层轨面结构，即轨道梁，提供功能区的三个功能面并将功 能区的受力通过连

12、接机构传递给承重梁； 2. 下层桥梁结构（大跨度桥梁），为上层轨道梁提供支承，保 证列车的安全、平稳运行； 3. 连接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 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 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 28

13、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准要求：列车 过桥速度不低于350km/h，并考虑双线列车桥上交会 的情况，本课题研究是在上述标准的前提下展开的， 对更高的车速（420km/h）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； 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； 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。 高速磁浮大跨度桥梁设计

14、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)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； 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主要因素等。 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 研究过程要涉及到大型

15、计算软件的编制，应用大型计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过桥时车、桥动力响应的状况，算机的仿真计算模拟车辆过桥时车、桥动力响应的状况， 同时进行一些必要的既有桥梁的动力试验，检验所采用同时进行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。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，然后综合各种影响因素，分析确定大跨度桥梁关键 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

16、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 主要内容有： 1.大跨度桥梁主梁的竖向、横向挠跨比设计参数限值的确定； 2.主梁竖向、横向梁端折角限值的确定； 3.主梁的扭转变形和的频率限值的研究； 4.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 34 (3). 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 指南主要内容包括以下几个部分： 1.大跨度桥梁的构造要求（包括轨道梁形式等）； 2.大跨度桥梁的关键设计参数标准； 3.大跨度桥梁桥梁刚度和动力性能检算要求和技术。 高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术 2

17、.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 35 u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 和处理方法，保证电磁作用力不受梁端变形的影响。 u中小跨径轨道梁由于伸缩变形小，不存在这样的问题 (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 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 36 u该项研究主要内容包括： 1.轮轨桥梁伸缩缝构造

18、的调研； 2.伸缩缝对磁浮列车电磁力影响的变化规律； 3.磁浮桥梁伸缩缝合理伸缩量值确定； 4.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 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 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梁的影响。 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 38 2.2.1.磁浮轨道梁刚度控制的几个主要指标 (1)主梁竖向挠跨比，横向挠跨比 （控制桥面挠曲变形程度，保持平顺性）； (2) 主

19、梁竖向、横向最小频率限值 （避免产生过大的动力响应）； (3) 主梁上方的轨道梁梁端最大折角限值。 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 39 2.2.2 磁浮线路设计规范相关规定 /1 / 4000 z fL 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： /1 / 6500 t fL /1 / 5400 b fL 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 40 /1 /15000 y fL 横向挠跨比限值横

20、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： /1 / 5800 yt fL 高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术 41 1.1() V f L 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 42 (3) 轨道梁梁端最大折角限值 规定为： 单端竖

21、向转角限值不大于8/10000rad，两端转角之和限值不大于16/10000rad； 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。 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）

22、/(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 下部结构引起的塑下部结构引起的塑 性变形性变形 1.7 下部结构引起的塑性下部结构引起的塑性 变形变形 1.7 下部结构引起的弹下部结构引起的弹 性变形性变形 1.7 下部结构引起的弹性下部结构引起的弹性 变形变形 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 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

23、跨度桥梁设计关键技术 45 2.3 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：初步确定挠跨比（首先参考高速铁路设计：初步确定挠跨比（f / L=1/1200），拟定主梁尺寸，然后对各项其它指标进行验），拟定主梁尺寸，然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，通过不断试算，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，大跨度桥梁应该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何种程度较为合适，需要进行专题放松，但到底挠跨比限值放松到何种程度较为合适，需要

24、进行专题 研究。研究。 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 47 （98+196+504+196+98）m钢桁斜拉桥。钢桁斜拉桥。铁路主桥铁路主桥 按四线建设，其中两线为高速铁路，两线为普速按四线建设，其中两线为高速铁路，两线为普速级级 干线，桥上层为公路六车道（武汉市中环线）。高速干线，桥上层为公路六车道（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

25、 80km/h。 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连续钢桁梁连续钢桁梁 拱桥。拱桥。主桥按六线建设，其中两线为京沪高速铁主桥按六线建设，其中两线为京沪高速铁 路，两线为沪汉蓉客运专线，两线为城市轨道交路，两线为沪汉蓉客运专线，两线为城市轨道交 通。本桥该跨度设计行车速度通。本桥该跨度设计行车速度300km/h为世界桥为世界桥 梁之最。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，因此大跨度桥梁梁端大、小梁跨对于

26、折角来说都是一样的，因此大跨度桥梁梁端 折角限值按磁浮折角限值按磁浮线路设计基础线路设计基础规定限值执行，即单端竖向转规定限值执行，即单端竖向转 角限值不大于角限值不大于8/10000rad。 研究表明：大跨度桥梁由于主梁和轨道梁是分开的，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）上的折角比主梁上的折角大大减小，而可以使得桥面（行车面）上的折角比主梁上的折角大大减小，而 且轨道梁跨度越小，桥面折角降低得越显著，这和高速铁路研究且轨道梁跨度越小，桥面折角降低得越显著，这和高速铁路研究 结果是一致的。结果是一致的。 高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术 49 （3

27、）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，桥梁最小频率取是移动荷载过桥激振频率，桥梁最小频率取 1.1 V/L V/L ，其其1.1系数是使桥梁基频避开激振频率要求的频率，以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。免产生共振。 上述频率限值规定：竖向基频检算，对于横向、扭转基频基上述频率限值规定：竖向基频检算，对于横向、扭转基频基 频检算有点牵强附会。频检算有点牵强

28、附会。 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起的折引起的折 角（列车角（列车+温度）温度）+大跨大跨 度桥梁变形度桥梁变形引起的轨道梁引起的轨道梁 折角（双线列车折角（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引起的 折角（列车折角（列车+温度）温度）+大大 跨度桥梁变形跨度桥梁变形引起的轨引起的轨 道梁折角（双线列车道梁折角（双线列车+ 温度）温度

29、） 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 51 关于梁端伸缩缝的方案 l 轨道梁定子铁芯间的允许缝隙范围为43146mm，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。 l 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铁芯缝宽度的要求。 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

30、研究大跨度桥梁主梁伸缩缝装置的研究 52 关于梁端伸缩缝的方案 l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。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。 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。 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 54 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干道小缝，可以在满足 斜拉桥总伸缩量的前提下，保证轨

31、道梁定子铁芯间 的缝隙在允许范围内。 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 55 2.3.3 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 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 56 强风、桥梁、车辆耦合动力效应对列车走行性的影 响。 磁浮车辆质量较轻，

32、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与轨道梁的 振动。悬浮电磁铁与轨道梁之间悬浮气隙只有l0mm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 交通跨越强风区的抗风分析方法，对磁浮交通的推广有重要实际意义。 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 58 3.1 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、斜拉桥三种桥型。 l 限制条件：软土地基，高速磁浮对变形要求高。 高速磁浮大

33、跨度桥梁设计关键技术 59 1. 拱桥：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； 2. 悬索桥：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行车条件； 3. 斜拉桥：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。 l 综上所述，本桥采用斜拉桥方案的可能性最大。 高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术 60 结构比选主梁 混凝土梁：自重大，本桥跨径过大，不合适采用 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； 钢混凝土叠合梁：自重较重（介于混凝土梁和钢箱梁之间）；有收缩徐变的影响；温度变形小；结构 刚度较大； 钢桁梁：结构刚度大

34、；无收缩徐变影响；主梁高度大，造价高。 高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术 61 3.2 研究满足通航和行车要求的大跨度桥梁技术方案 主要内容： 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。 三塔斜拉桥方案 双塔斜拉桥方案 钢系杆拱桥方案 高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术 62 （1 1） 三塔斜拉桥方案三塔斜拉桥方案 主跨跨径约360m。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，并考虑以下三种主梁 结构，进行适用性，结构性能优化比较。 1.正交异性钢桥面板的钢箱梁主梁； 2.混凝土和钢结合箱

35、型主梁； 3.钢桁梁。 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，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 63 斜拉桥主跨跨径约450m。确定其分孔布置以及斜拉桥 桥塔、墩身、基础、和适合的主梁的形式和截面尺寸。 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，完善设计方案。 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）钢系杆拱桥方案）钢系杆拱桥方案 研究跨度450m左右钢系杆拱桥方案，确定拱桥结构形 式和分孔布置，研究平衡推力体系的系杆结构形式和位 置，提出

36、两种不同中承位置的系杆拱桥方案，对钢系杆 拱桥方案进行刚度和动力性能检算，并和斜拉桥方案进 行技术参数的比较，研究拱桥方案的技术性能的优越性。 高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术 65 （4 4）各技术方案工程经济性研究各技术方案工程经济性研究 高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术 v在磁浮列车过桥时速在磁浮列车过桥时速350公里情况下，分析对比上述各技公里情况下，分析对比上述各技 术方案的经济性。同时对优秀方案进一步分析更高的过桥术方案的经济性。同时对优秀方案进一步分析更高的过桥 时速（时速（350430km/h）范围内，速度高低对工程经济影响，）范围内，速度高低对工程经济影响， 通过技术方案的经济研

37、究，建议性价比高的合理方案，供通过技术方案的经济研究，建议性价比高的合理方案，供 工程建设决策时参考。工程建设决策时参考。 66 三塔斜拉桥方案介绍三塔斜拉桥方案介绍4 高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术 初步研究内容介绍初步研究内容介绍以三塔斜拉桥为例以三塔斜拉桥为例 2、桥跨布置及结构选型 总体布置 跨径布置为(轨道梁长度为12.384m)： 50+50+62.384+359.136+359.136+62.384+50+50=1043.0 40m 4.1 4.1 三塔斜拉桥三塔斜拉桥计算模型计算模型 68 高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术 4.1 4.1 三塔斜拉桥三塔斜拉桥计算模型计算模型 6

38、9 高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术 主梁型式：钢箱梁主梁型式：钢箱梁 70 高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术 主梁型式：钢主梁型式：钢砼叠合箱梁砼叠合箱梁 71 高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术 主梁型式：钢桁梁主梁型式：钢桁梁 72 高速磁浮大跨度桥梁刚度分析 4.2 横向挠跨比计算横向挠跨比计算 主梁在主梁在单线单线列车横向荷载作用下主跨跨中产生最大横列车横向荷载作用下主跨跨中产生最大横 向挠跨比见下表。向挠跨比见下表。 变形方变形方 向向 方案方案边跨边跨1边跨边跨2边跨边跨3主跨主跨 横向横向 钢箱梁方案钢箱梁方案1/2577601/3705801/410261/9114 钢钢-砼组合梁方

39、案砼组合梁方案1/14167201/10498601/1947101/17266 钢桁梁方案钢桁梁方案1/10838801/12114001/799761/17516 不同桥梁方案挠跨比计算结果不同桥梁方案挠跨比计算结果 73 高速磁浮大跨度桥梁刚度分析 4.3 竖向挠跨比计算竖向挠跨比计算 根据根据双线列车双线列车静活载作用下所得挠跨比见下表，其中静载作用静活载作用下所得挠跨比见下表，其中静载作用 按按8节车辆编组，均布荷载（节车辆编组，均布荷载（25.6KN/m）考虑，不计冲击系数。）考虑，不计冲击系数。 不同桥梁方案挠跨比计算结果不同桥梁方案挠跨比计算结果 变形方变形方 向向 方案方案边

40、跨边跨1边跨边跨2边跨边跨3主跨主跨 竖向竖向 钢箱梁方案钢箱梁方案1/104821/171771/92941/986 钢钢-砼组合梁方案砼组合梁方案1/162091/233221/99681/1550 钢桁梁方案钢桁梁方案1/250631/253001/167461/2230 74 静载和动载通过桥梁时挠曲线比较（钢箱梁方案）静载和动载通过桥梁时挠曲线比较（钢箱梁方案） -500-400-300-200-1000100200300400500 -350 -300 -250 -200 -150 -100 -50 0 主梁位置坐标 (m) 主梁竖向挠度 (mm) 下挠（单线静力） 下挠（单线动力

41、） 列车荷载作用下，主梁位移包络图 高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术 75 高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术 思考：思考： 上图中，列车动载通过桥梁（三塔斜拉桥，结构对称）上图中，列车动载通过桥梁（三塔斜拉桥，结构对称） 时挠曲线不对称，产生这种现象是什么原因呢？时挠曲线不对称，产生这种现象是什么原因呢？ 76 高速磁浮大跨度桥梁刚度分析 项目项目 主梁一阶横弯主梁一阶横弯 频率频率 （Hz） 主梁一阶竖弯主梁一阶竖弯频率频率 （Hz） 主梁一阶扭转主梁一阶扭转 频率频率 （Hz） 频率控制标准频率控制标准1.1V/L=0.2981.1V/L=0.2981.1V/L=0.298 钢箱梁方案钢箱梁方

42、案0.2860.2471.040 钢钢-砼组合梁方案砼组合梁方案0.3000.3431.055 钢桁梁方案钢桁梁方案0.3150.3661.064 不同桥梁方案频率计算结果不同桥梁方案频率计算结果 4.4 频率检算频率检算 77 高速磁浮大跨度桥梁刚度分析 200250300350 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 车速 (km/h) 动力系数 钢箱梁方案 组合梁方案 钢箱桁架组合梁方案 满足满足fb b 1.2V/L时才时才 能将动力系数控制在能将动力系数控制在 1.3以内以内 4.4 频率检算频率检算 三个方案主跨位移动力系数与车速的关系三个方案主跨位移动力系数与车速的关系 78 高

43、速磁浮大跨度桥梁刚度分析 钢箱梁方案主梁一阶横向弯曲模态（0.286Hz） 钢箱梁方案主梁一阶竖向弯曲模态（0.247Hz） 4.4 频率检算频率检算 79 高速磁浮大跨度桥梁刚度分析 钢-砼组合梁方案主梁一阶横向弯曲模态（0.300Hz） 钢-砼组合梁方案主梁一阶竖向弯曲模态（0.343Hz） 4.4 频率检算频率检算 80 高速磁浮大跨度桥梁刚度分析 钢桁梁方案主梁一阶横向弯曲模态（0.315Hz） 钢桁梁方案主梁一阶竖向弯曲模态（0.366Hz） 4.4 频率检算频率检算 81 高速磁浮大跨度桥梁刚度分析 列车作用 长度202m均布移动荷载，竖向25.6kN/m，横向3.9kN/m 仅计

44、算磁浮列车下轨道梁梁端折角（两侧之和） 温度作用 （1）整体升温：钢索+40，混凝土桥塔+30，钢箱梁+35。 （2）整体降温：钢索-30，混凝土桥塔-20，钢箱梁-25。 （3）索梁塔温差：钢索15。 （4）主梁截面上下侧温差：15。 （5）主梁截面左右侧温差：15。 （6）塔左右温差：5。 组合方法 轨道梁自身变形引起的折角+大跨度桥梁变形引起的折角 列车和温度效应的组合系数均取为1.0 4.5 轨道梁梁端折角检算轨道梁梁端折角检算 82 高速磁浮大跨度桥梁刚度分析 竖向竖向折角：折角：单线单线列车列车+ +温度温度 4.5 轨道梁梁端折角检算（钢箱梁方案）轨道梁梁端折角检算（钢箱梁方案）

45、 83 高速磁浮大跨度桥梁刚度分析 竖向竖向折角包络图：折角包络图：双线双线列车列车+ +温度温度 4.5 轨道梁梁端折角检算（钢箱梁方案）轨道梁梁端折角检算（钢箱梁方案） 84 高速磁浮大跨度桥梁刚度分析 横向横向折角折角包络图包络图：双线双线列车列车+ +温度温度 4.5 轨道梁梁端折角检算（钢箱梁方案）轨道梁梁端折角检算（钢箱梁方案） 85 高速磁浮大跨度桥梁刚度分析 竖向竖向折角包络图：折角包络图：单线单线列车列车+ +温度温度 4.5 轨道梁梁端折角检算（钢轨道梁梁端折角检算（钢-砼组合梁方案）砼组合梁方案） 86 高速磁浮大跨度桥梁刚度分析 竖向竖向折角包络图：折角包络图：双线双线

46、列车列车+ +温度温度 4.5 轨道梁梁端折角检算（钢轨道梁梁端折角检算（钢-砼组合梁方案）砼组合梁方案） 87 高速磁浮大跨度桥梁刚度分析 横向横向折角包络图：折角包络图：双线双线列车列车+ +温度温度 4.5 轨道梁梁端折角检算（钢轨道梁梁端折角检算（钢-砼组合梁方案）砼组合梁方案） 88 高速磁浮大跨度桥梁刚度分析 竖向竖向折角：折角：单线单线列车列车+ +温度温度 4.5 轨道梁梁端折角检算（钢桁梁方案）轨道梁梁端折角检算（钢桁梁方案） 89 高速磁浮大跨度桥梁刚度分析 竖向竖向折角：折角：双线双线列车列车+ +温度温度 4.5 轨道梁梁端折角检算（钢桁梁方案）轨道梁梁端折角检算（钢桁

47、梁方案） 90 高速磁浮大跨度桥梁刚度分析 横向横向折角：折角：双线双线列车列车+ +温度温度 4.5 轨道梁梁端折角检算（钢桁梁方案）轨道梁梁端折角检算（钢桁梁方案） 91 高速磁浮大跨度桥梁刚度分析 方案方案 温度作用温度作用 （mm） 双线列车双线列车 竖向作用竖向作用 （mm） 单线列车单线列车 纵向作用纵向作用 （mm） 钢箱梁方案（纵向漂浮）钢箱梁方案（纵向漂浮）33125.98.5 钢钢砼组合梁方案砼组合梁方案3265.01.9 钢桁梁方案钢桁梁方案3624.71.7 不同桥梁方案主梁梁端（单端）伸缩量计算结果不同桥梁方案主梁梁端（单端）伸缩量计算结果 （温度（温度+列车静载）列

48、车静载） 4.6 主梁梁端伸缩量计算主梁梁端伸缩量计算 92 高速磁浮大跨度桥梁刚度分析 设计参数 通过理论分析和计算：对于主跨360m三塔斜拉桥，在过桥车速350km/h情况下，双线荷载作用的挠 跨比应控制在1/2000左右为宜，主梁一阶竖向频率频率应大于0.35Hz，才能满足行车平顺性和动力性 能要求。 主梁方案评价 钢混凝土组合箱梁、钢桁梁满足高速磁浮行车刚度、动力性能要求，是主跨360m三塔斜拉桥主梁形式 的推荐方案；钢箱主梁刚度和频率达不到要求，即使加大梁高，产生效果也不显著，不予推荐。 4.7 4.7 刚度检算意见与建议刚度检算意见与建议 93 高速磁浮大跨度桥梁刚度分析 其它：

49、选用小跨度轨道梁可以提高行车桥面平顺性（减小梁端折 角） 三塔斜拉桥中塔面内抗弯刚度对主梁竖向基频大小影响较 大，可以考虑中塔加强以提高主梁竖向基频。 94 高速磁浮大跨度桥梁刚度分析 （1）桥跨布置与总体布局 进一步开展航运调查、通航论证、河势水文专题分析研究等工作，修改桥梁立面、平面总体布局。 （2）桥梁结构体系比选与优化研究 桥梁结构体系包括加劲梁与墩、塔在竖向、横向和 纵向的约束关系及装置构造，研究各种体系的结构力 学、变形性能，提出有助于提高结构刚度（特别是纵 桥向刚度、控制和减小梁端伸缩缝位移量）、有效控 制桥梁振动、减小结构风荷载和地震响应的三塔斜拉 桥结构体系及约束装置。 4.8 4.8 需要进一步研究的问题需要进一步研究的问题 95 高速磁浮大跨度桥梁刚度分析 （3）桥梁抗风稳定分析及风致振动分析与控制 对于距离较近平行布置的两座大桥，要考虑既有桥（闵浦大桥）尾流对 新建磁浮大跨桥梁的风致振动的特殊问