高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术介绍

高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术同济大学桥梁工程系轨道交通桥梁研究室2023年3月17日“十一五”国家科技支撑计划“高速磁浮交通技术创新及产业化研究”1引言1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3三塔斜拉桥方案介绍4主要内容高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术2引言1高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术3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。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概述高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术41.1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；磁浮跨黄浦江桥梁工程5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概述6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。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500km／h）。高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术1.2磁浮交通简介7磁浮列车利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（PermanentMagnetSuspension），代表车型有德国M-bahn；常导电磁悬浮EMS（ElectromagneticSuspension），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8~12mm，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磁浮交通简介8超导电动悬浮EDS（ElectrodynamicSuspension）；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100～300mm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（HighTemperatureSuperconductor）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磁浮交通简介9高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术1.2磁浮交通简介磁浮列车悬浮方式与结构示意图10高速磁浮大跨跨度桥梁设计计关键技术1.2磁浮交通简介介磁浮列车悬浮方式式与结构示意图11高速磁浮大跨度桥桥梁设计关键技术术1.2磁浮交通简介美国中低速磁悬浮浮车辆概念图12高速磁浮大跨度桥桥梁设计关键技术术1.2磁浮交通简介国防科大CMS-03A工程样车西西南交大中中低速磁浮列车13高速磁浮大跨度桥桥梁设计关键技术术1.2磁浮交通简介日本超导磁悬浮试试验车上上海磁悬悬浮14高速磁浮大跨度桥桥梁设计关键技术术1.2磁浮交通简介德国磁浮列车TR08结构原理图15目前已修建的磁浮浮交通桥梁的数量量有限，其结构形形式主要是小跨径径的简支梁，只有有日本山梨试验线线修建了跨度超百百米的用于超导系系统的尼尔森体系系系杆拱桥，而常常导磁悬浮系统的的超百米跨度桥梁梁的建设在世界上上尚无先例，迄今今为止人们对大跨跨磁浮交通桥梁建建造技术的认识和和实践均处于初级级阶段。高速磁浮大跨度桥桥梁设计关键技术术1.3磁浮轨道梁简介16轨道梁的特点可以以概括为以下几点点:一般均采用高架结结构;以小跨度为主;刚度大、整体性好好;重视改善结构耐久久性，便于检查、、维修。高速磁浮大跨度桥桥梁设计关键技术术1.3磁浮轨道梁简介17高速磁浮大跨度桥桥梁设计关键技术术1.3磁浮轨道梁简介德国高速磁浮轨道道梁变迁18常规的中小跨径轨轨道梁高速磁浮大跨度桥桥梁设计关键技术术上海浦东磁浮示范范运营线轨道梁1.3磁浮轨道梁简介19高速磁浮大跨度桥桥梁设计关键技术术上海浦东磁浮示范范运营线轨道梁——12.384m预预应力砼梁1.3磁浮轨道梁简介常规的中小跨径轨轨道梁20高速磁浮大跨度桥桥梁设计关键技术术上海浦东磁浮示范范运营线轨道梁——2×24.768m钢砼复合梁1.3磁浮轨道梁简介常规的中小跨径轨轨道梁21上海线跨越浦东运运河等有通航等级级河道时采用了桥上轨道梁结构，结构为迭合式体体系。桥上轨道梁梁为6.192m的钢筋砼板梁，下下部支撑结构为三三跨连续钢梁，主主跨跨径45m。板梁与下部钢梁梁间采用连接型钢钢及高强螺栓、焊焊钉连接。高速磁浮大跨度桥桥梁设计关键技术术上海浦东磁浮示范范运营线轨道梁——迭合钢梁横断面桥上轨道梁结构1.3磁浮轨道梁简介22日本山梨实验线小小形山尼尔森拱桥桥迄今为止，最大跨跨度磁悬浮交通桥桥梁是日本山梨实实验线上的小形山山桥，该桥为单跨跨、双线提篮式尼尼尔森体系系杆拱拱桥，跨长为136.5m，拱肋矢高为23m，中距为15m，宽跨比约为1/9,拱肋、系杆以及桥桥面的横梁均采用用钢结构，横梁间间距为15m，与采用轻质混凝凝土材料轨道梁为为纵梁组成桥面系系，吊杆采用斜吊吊杆，倾斜角为60度。小形山桥位于山梨梨试验线的端头附附近，行车的速度度将小于正常的试试验运行速度。高速磁浮大跨度桥桥梁设计关键技术术大跨度磁浮交通桥桥梁1.3磁浮轨道梁简介23德方建议将带有高高精度功能面的轨轨面结构架设在常常规桥梁结构上(称其为迭合梁结构构)，以跨越大的障碍碍。目前适合于磁磁浮列车运行的迭迭合梁结构在国内内外均无先例，至至今未见有关该结结构研究的公开报报道。针对磁浮迭合梁结结构的研究方法、、需满足的变形控控制指标及限值、、结构型式、变形形影响因素、结构构主要设计参数合合理取值范围以及及德方提供的经验验公式能否满足磁磁浮迭合梁动力设设计等问题都巫待待研究并解决。高速磁浮大跨度桥桥梁设计关键技术术1.4磁浮大跨度桥梁——迭合梁（梁上梁）结构24高速磁浮大跨度桥桥梁设计关键技术术磁浮迭合梁由上层层轨面结构、下层层桥梁结构及上下下层连接机构三部部分组成，其中，，上层轨面结构，即即轨道梁，提供功能区的三三个功能面并将功功能区的受力通过过连接机构传递给给承重梁；下层桥梁结构（大大跨度桥梁），为上层轨道梁提提供支承，保证列列车的安全、平稳稳运行；连接机构是上下层结构之间间的连接及传力机机构。1.4磁浮大跨度桥梁——迭合梁（梁上梁）结构25高速磁浮大跨度桥桥梁设计关键技术术1.4磁浮大跨度桥梁——迭合梁（梁上梁）结构26高速磁浮大跨度桥桥梁设计关键技术术1.4磁浮大跨度桥梁——迭合梁（梁上梁）结构27磁浮大跨度桥梁设计关键技术研究2高速磁浮大跨度桥桥梁设计关键技术术28高速磁浮大跨度桥桥梁设计关键技术术2.1高速磁浮大跨度桥桥梁设计关键技术术研究内容跨越黄浦江的磁浮浮大跨度桥梁技术术标准要求：列车过桥速度不低低于350km/h，并考虑双线线列车桥上交会的的情况，本课题研究是在在上述标准的前提提下展开的，对更更高的车速（420km/h）只只做一般性的探索索。29大跨度桥梁车桥相相互动力作用以及及变形对列车走行行性影响的机理研研究；大跨度桥梁关键设设计参数限值的研研究；通过设计关键技术术研究和桥梁方案案研究，总结提炼炼磁浮交通大跨度度桥梁设计指南；；大跨度桥梁主梁伸伸缩缝装置的研究究；桥梁抗风和横风对对列车走行性的影影响。高速磁浮大跨度桥桥梁设计关键技术术2.1高速磁浮大跨度桥桥梁设计关键技术术研究内容30(1)．大跨度桥梁车桥桥相互动力作用以以及变形对列车走走行性影响的机理理研究；本项研究是后续研研究的基础。主要要研究磁浮大跨桥桥梁（梁上梁结构构形式）车辆与桥桥梁动力相互作用用机理和大跨桥梁梁变形对列车走行行性影响：如车辆辆过桥时对桥梁激激振力的幅值和主主要作用的频率；；桥梁变形对列车车走行的影响以及及影响耦合作用的的主要因素等。高速磁浮大跨度桥桥梁设计关键技术术2.1高速磁浮大跨度桥桥梁设计关键技术术研究内容31高速磁浮大跨度桥桥梁设计关键技术术研究过程要涉及到到大型计算软件的的编制，应用大型型计算机的仿真计计算模拟车辆过桥桥时车、桥动力响响应的状况，同同时进行一些必要要的既有桥梁的动动力试验，检验所所采用的理论和计计算结果的正确性性。32在第一部分理论研研究的基础上，进进一步研究影响磁磁浮桥梁设计中关关键设计参数限值值要求的本质问题题和限值的依据，，然后综合各种影影响因素，分析确确定大跨度桥梁关关键设计参数限值值。(2).大跨度桥梁关键设设计参数限值的研研究2.1高速磁浮大跨度桥桥梁设计关键技术术研究内容33主要内容有：大跨度桥梁主梁的的竖向、横向挠跨跨比设计参数限值值的确定；主梁竖向、横向梁梁端折角限值的确确定；主梁的扭转变形和和的频率限值的研研究；主梁动力放大系数数及动力响应变化化规律等。高速磁浮大跨度桥桥梁设计关键技术术34(3).通过设计关键技术术研究和桥梁方案案研究，总结提炼炼磁浮交通大跨度度桥梁设计指南指南主要内容包括括以下几个部分：：大跨度桥梁的构造造要求（包括轨道道梁形式等）；大跨度桥梁的关键键设计参数标准；；大跨度桥梁桥梁刚刚度和动力性能检检算要求和技术。。高速磁浮大跨度桥桥梁设计关键技术术2.1高速磁浮大跨度桥桥梁设计关键技术术研究内容35大跨度桥梁梁端伸伸缩变形较大，导导致主梁梁端、轨轨道梁的移动以及及电磁线圈模数取取整的问题，甚至至影响电磁作用力力作用的方向，因因此要研究伸缩缝缝处合理构造和处处理方法，保证电电磁作用力不受梁梁端变形的影响。。中小跨径轨道梁由由于伸缩变形小，，不存在这样的问问题(4).大跨度桥梁主梁伸伸缩缝装置的研究究高速磁浮大跨度桥桥梁设计关键技术术2.1高速磁浮大跨度桥桥梁设计关键技术术研究内容36该项研究主要内容容包括：轮轨桥梁伸缩缝构构造的调研；伸缩缝对磁浮列车车电磁力影响的变变化规律；磁浮桥梁伸缩缝合合理伸缩量值确定定；保证车辆走行安全全的伸缩构造的提提出。高速磁浮大跨度桥桥梁设计关键技术术37(5).桥梁抗风和横风对对列车走行性的影影响研究相邻桥梁（闵闵浦大桥和拟建磁磁浮交通桥梁）尾尾流效应对新建桥桥梁和既有桥梁的的影响。高速磁浮大跨度桥桥梁设计关键技术术2.1高速磁浮大跨度桥桥梁设计关键技术术研究内容382.2.1.磁浮轨道梁刚度控控制的几个主要指指标主梁竖向挠跨比，横向挠跨比（控制桥面挠曲变变形程度，保持平平顺性）；(2)主梁竖向、横向最小频频率限值（避免产生过大的的动力响应）；(3)主梁上方的轨道梁梁梁端最大折角限值。2.2中小跨度磁浮桥梁梁关键设计参数高速磁浮大跨度桥桥梁设计关键技术术392.2.2磁浮《线路设计规范》相关规定竖向挠跨比限值：(1)挠跨比：在列车静活载作用用下：在日温差荷载作用用下：上缘升温下缘升温高速磁浮大跨度桥桥梁设计关键技术术40横向挠跨比限值：在横向静活载（3.9kN/m)作用下：在日温差荷载作用用下：高速磁浮大跨度桥桥梁设计关键技术术41式中：V为车速(m/s)；L为梁跨跨长（m）；f为频率（Hz）。(2)大跨度主梁最小频频率限值磁浮《线路设计规范》规定：没有说明对竖向、、横向或扭转基频频适用。高速磁浮大跨度桥桥梁设计关键技术术42(3)轨道梁梁端最大折折角限值规定为：单端竖向转角限值值不大于8/10000rad，两端转角之和限限值不大于16/10000rad；该规定是列车静活活载折角最大限值值、还是和温度荷荷载共同下折角最最大限值，规范没没有明确说明。高速磁浮大跨度桥桥梁设计关键技术术轨道梁梁端折角示示意43竖向（z方向）横向（y方向）挠跨比列车引起1/4000挠跨比列车引起1/15000温度引起-1/6500~1/5400温度引起1/5800梁端折角（两侧之和）/(rad/10000)列车引起16梁端折角（两侧之和）/(rad/10000)列车引起4.5温度引起-9.7~11.6温度引起10.8下部结构引起的塑性变形1.7下部结构引起的塑性变形1.7下部结构引起的弹性变形1.7下部结构引起的弹性变形1.7~11.3频率1.1V/L频率1.1V/L(4)《线路设计计基础》刚度标准准汇总《线路设计计基础》刚度标准准汇总高速磁浮浮大跨度度桥梁设设计关键键技术44各国高速速铁路对对梁刚度度的要求求高速磁浮浮大跨度度桥梁设设计关键键技术452.3大跨度桥桥梁设计计关键技技术初步步研究（1）挠跨比比的确定定首先参考考高速铁铁路设计计：初步步确定挠挠跨比（（f/L=1/1200），拟定定主梁尺尺寸，然然后对各各项其它它指标进进行验算算，通过过不断试试算，调调整修改改挠跨比比，最终终确定合合理值。。磁浮《线路设计计规范》只适合于于小跨度度桥梁，，大跨度度桥梁应应该放松松，但到到底挠跨跨比限值值放松到到何种程程度较为为合适，，需要进进行专题题研究。。高速磁浮浮大跨度度桥梁设设计关键键技术2.3.1大跨度桥桥梁设计计关键参参数研究究46大跨度铁铁路（公公铁两用用）桥梁梁挠跨比比高速磁浮浮大跨度度桥梁设设计关键键技术47（98+196+504+196+98）m钢桁斜拉拉桥。铁路主桥桥按四线线建设，，其中两两线为高高速铁路路，两线线为普速速Ⅰ级干线，，桥上层层为公路路六车道道（武汉汉市中环环线）。。高速铁铁路设计计旅客列列车行车车速度250km/h，汽车行行车速度度80km/h。高速磁浮浮大跨度度桥梁设设计关键键技术天兴洲公公铁两用用长江大大桥(109.5+192+336+336+192+109.5）m连续钢桁桁梁拱桥桥。主桥按六六线建设设，其中中两线为为京沪高高速铁路路，两线线为沪汉汉蓉客运运专线，，两线为为城市轨轨道交通通。本桥桥该跨度度设计行行车速度度300km/h为世界桥桥梁之最最。南京大胜胜关长江江大桥48（2）梁端端折角的的确定大、小梁梁跨对于于折角来来说都是是一样的的，因此此大跨度度桥梁梁梁端折角角限值按按磁浮《线路设计计基础》规定限值值执行，，即单端端竖向转转角限值值不大于于8/10000rad。研究表明明：大跨跨度桥梁梁由于主主梁和轨轨道梁是是分开的的，轨道道梁可以以使得桥桥面（行行车面））上的折折角比主主梁上的的折角大大大减小小，而且且轨道梁梁跨度越越小，桥桥面折角角降低得得越显著著，这和和高速铁铁路研究究结果是是一致的的。高速磁浮浮大跨度度桥梁设设计关键键技术49（3）最小频频率的确确定理论研究究表明：：磁浮《线路设计计基础》中小跨度度频率限限值f>1.1V/L对大跨度度桥梁是是适用的的。其中：0.5V/L是移动荷荷载过桥桥激振频频率，桥桥梁最小小频率取取1.1V/L，其1.1系数是使使桥梁基基频避开开激振频频率要求求的频率率，以免免产生共共振。上述频率率限值规规定：竖竖向基频频检算，，对于横横向、扭扭转基频频基频检检算有点点牵强附附会。高速磁浮浮大跨度度桥梁设设计关键键技术50竖向（z方向）横向（y方向）梁端折角（两侧之和）/(rad/10000)轨道梁自身变形引起的折角（列车+温度）+大跨度桥梁变形引起的轨道梁折角（双线列车+温度）16梁端折角（两侧之和）/(rad/10000)轨道梁自身变形引起的折角（列车+温度）+大跨度桥梁变形引起的轨道梁折角（双线列车+温度）16频率/Hz1.1V/L频率/Hz1.1V/L（4).本研究采采用的刚刚度检算算标准汇汇总高速磁浮浮大跨度度桥梁设设计关键键技术51关于梁端端伸缩缝缝的方案案轨道梁定定子铁芯芯间的允允许缝隙隙范围为为43~146mm，因此轨轨道梁的的伸缩长长度受到到限制。。大跨度桥桥梁在温温度、风风荷载影影响等作作用下，，梁的伸伸缩长度度很大，，若不采采取措施施，桥梁梁端部轨轨道梁定定子铁芯芯间的缝缝隙将无无法满足足系统要要求。磁浮线路路的大跨跨径桥梁梁结构与与相邻轨轨道梁间间需通过过设计特特殊的伸伸缩装置置才能满满足系统统对定子子铁芯缝缝宽度的的要求。。高速磁浮浮大跨度度桥梁设设计关键键技术2.3.2大跨度桥桥梁主梁梁伸缩缝缝装置的的研究52关于梁端端伸缩缝缝的方案案新型伸缩缩装置的的总体设设计思想想是：将大跨桥桥梁的伸伸长、缩缩短量分分摊到多多片相邻邻标准轨轨道梁上上，使桥桥梁与轨轨道梁间间、轨道道梁与轨轨道梁间间定子铁铁芯间隙隙都满足足系统要要求。需需设置伸伸缩缝装装置的相相邻轨道道梁的数数目根据据大跨度度桥梁可可能发生生的伸缩缩量决定定。如何保证证这若干干道小缝缝的伸缩缩量一致致则是我我们要考考虑的关关键问题题。高速磁浮浮大跨度度桥梁设设计关键键技术53一种可能能的伸缩缩缝装置置构造高速磁浮浮大跨度度桥梁设设计关键键技术54由于连杆杆和销轴轴的联动动作用，，斜拉桥桥的伸缩缩量可以以均匀的的分布到到该区域域内的若若干道小小缝，可可以在满满足斜拉拉桥总伸伸缩量的的前提下下，保证证轨道梁梁定子铁铁芯间的的缝隙在在允许范范围内。。高速磁浮浮大跨度度桥梁设设计关键键技术一种可能能的伸缩缩缝装置置构造552.3.3桥梁抗风风和横风风对列车车走行性性的影响响研究相邻邻桥梁（（闵浦大大桥和拟拟建磁浮浮交通桥桥梁）尾尾流效应应对新建建桥梁和和既有桥桥梁的影影响。磁浮上海海机场联联络线沿沿A15公路南侧侧跨越黄黄浦江，，大桥位位于现有有闵浦大大桥南侧侧；考虑施工工可行性性、减小小相互影影响为前前提，尽尽量靠近近闵浦大大桥，减减少用地地；两桥中线线间距离离约85m，桥面净净距约50m；高速磁浮浮大跨度度桥梁设设计关键键技术56强风、桥桥梁、车车辆耦合合动力效效应对列列车走行行性的影影响。磁浮车辆辆质量较较轻，在在磁浮列列车高速速通过强强风区时时，强横横风作用用下势必必加剧磁磁浮车辆辆与轨道道梁的振振动。悬悬浮电磁磁铁与轨轨道梁之之间悬浮浮气隙只只有l0mm左右，因因此必须须研究磁磁浮车辆辆过桥的的安全与与乘坐舒舒适度。。研究磁磁浮车辆辆与轨道道梁的气气动特性性，强横横风作用用下的磁磁浮车桥桥动力响响应，探探讨未来来磁浮交交通跨越越强风区区的抗风风分析方方法，对对磁浮交交通的推推广有重重要实际际意义。。高速磁浮浮大跨度度桥梁设设计关键键技术57高速磁浮跨黄浦江桥梁方案研究3高速磁浮浮大跨度度桥梁设设计关键键技术583.1高速磁浮浮跨黄浦浦江大桥桥方案桥桥型比选选大跨径可可能的只只能是拱拱桥、悬悬索桥、、斜拉桥桥三种桥桥型。限制条件件：软土土地基，，高速磁磁浮对变变形要求求高。高速磁浮浮大跨度度桥梁设设计关键键技术59拱桥：已经超超越了经经济跨径径，造价价较高，，而且施施工风险险较大，，造型不不协调；；悬索桥：在软土土地基上上修建，，锚碇巨巨大，造造价高。。悬索桥桥变形大大，很难难适应磁磁浮列车车的行车车条件；；斜拉桥：在技术术上是可可行的，，对软土土地基有有较强的的适应性性，整体体刚度好好。综上所述述，本桥桥采用斜拉桥方案的可可能性最最大。高速磁浮浮大跨度度桥梁设设计关键键技术60结构比选选——主梁混凝土梁梁：自重重大，本本桥跨径径过大，，不合适适采用钢箱梁：：自重较较轻；无无收缩徐徐变影响响；温度度变形大大；结构构刚度较较小；钢——混凝土叠叠合梁：：自重较较重（介介于混凝凝土梁和和钢箱梁梁之间））；有收收缩徐变变的影响响；温度度变形小小；结构构刚度较较大；钢桁梁：：结构刚刚度大；；无收缩缩徐变影影响；主主梁高度度大，造造价高。。高速磁浮浮大跨度度桥梁设设计关键键技术613.2研究满足足通航和和行车要要求的大大跨度桥桥梁技术术方案主要内容容：调查黄浦浦江上游游通航要要求、主主航道位位置，确确定大跨跨度桥梁梁的桥式式、分孔孔布置。。具体研研究三种种桥式方方案并进进行比选选，确定定大跨度度桥梁各各方案的的总体布布置。三塔斜拉拉桥方案案双塔斜拉拉桥方案案钢系杆拱拱桥方案案高速磁浮浮大跨度度桥梁设设计关键键技术62（1）三三塔斜斜拉桥方方案主跨跨径径约360m。。确定斜斜拉桥桥桥塔形式式、塔梁梁连接方方式，确确定主梁梁的合理理截面形形式，并并考虑以以下三种种主梁结结构，进进行适用用性，结结构性能能优化比比较。正交异性性钢桥面面板的钢钢箱梁主主梁；混凝土和和钢结合合箱型主主梁；钢桁梁。对每一种种桥跨结结构，进进行桥梁梁刚度、、动力性性能检算算，通过过检算，，改进截截面尺寸寸，进行行结构优优化，最最后确定定满足行行车要求求的可行行性方案案。高速磁浮浮大跨度度桥梁设设计关键键技术63斜拉桥主主跨跨径径约450m。确定其其分孔布布置以及及斜拉桥桥桥塔、、墩身、、基础、、和适合合的主梁梁的形式式和截面面尺寸。。对双塔斜斜拉桥方方案进行行刚度和和动力性性能检算算，通过过检算，，提出修修改意见见，完善善设计方方案。高速磁浮浮大跨度度桥梁设设计关键键技术（2）双双塔斜拉拉桥方案案64（3）钢钢系杆拱拱桥方案案研究跨度度450m左右钢系系杆拱桥桥方案，，确定拱拱桥结构构形式和和分孔布布置，研研究平衡衡推力体体系的系系杆结构构形式和和位置，，提出两两种不同同中承位位置的系系杆拱桥桥方案，，对钢系系杆拱桥桥方案进进行刚度度和动力力性能检检算，并并和斜拉拉桥方案案进行技技术参数数的比较较，研究究拱桥方方案的技技术性能能的优越越性。高速磁浮浮大跨度度桥梁设设计关键键技术65（4）各技术方方案工程程经济性性研究高速磁浮浮大跨度度桥梁设设计关键键技术在磁浮列列车过桥桥时速350公公里情况况下，分分析对比比上述各各技术方方案的经经济性。。同时对对优秀方方案进一一步分析析更高的的过桥时时速（350～～430km/h）范范围内，，速度高高低对工工程经济济影响，，通过技技术方案案的经济济研究，，建议性性价比高高的合理理方案，，供工程程建设决决策时参参考。66三塔斜拉桥方案介绍4高速磁浮浮大跨度度桥梁设设计关键键技术初步研究究内容介介绍——以三塔斜拉拉桥为例例672、桥跨布布置及结结构选型型总体布置置跨径布置置为(轨道梁长长度为12.384m)：50+50+62.384+359.136+359.136+62.384+50+50=1043.040m4.1三塔斜拉拉桥计算模型型高速磁浮浮大跨度度桥梁设设计关键键技术4.1三塔斜拉拉桥计算模型型69高速磁浮浮大跨度度桥梁设设计关键键技术主梁型式式：钢箱箱梁70高速磁浮浮大跨度度桥梁设设计关键键技术主梁型式式：钢—砼叠合箱箱梁71高速磁浮浮大跨度度桥梁设设计关键键技术主梁型式式：钢桁桁梁72高速磁浮浮大跨度度桥梁刚刚度分析析4.2横向挠跨跨比计算算主梁在单线列车横向向荷载作作用下主主跨跨中中产生最最大横向向挠跨比比见下表表。变形方向方案边跨1边跨2边跨3主跨横向钢箱梁方案1/2577601/3705801/410261/9114钢-砼组合梁方案1/14167201/10498601/1947101/17266钢桁梁方案1/10838801/12114001/799761/17516不同桥梁梁方案挠挠跨比计计算结果果73高速磁浮浮大跨度度桥梁刚刚度分析析4.3竖向挠跨跨比计算算根据双线列车车静活载作作用下所所得挠跨跨比见下下表，其其中静载载作用按按8节车辆编编组，均均布荷载载（25.6KN/m）考虑，，不计冲冲击系数数。不同桥梁梁方案挠挠跨比计计算结果果变形方向方案边跨1边跨2边跨3主跨竖向钢箱梁方案1/104821/171771/92941/986钢-砼组合梁方案1/162091/233221/99681/1550钢桁梁方案1/250631/253001/167461/223074静载和动动载通过过桥梁时时挠曲线线比较（（钢箱梁梁方案））列车荷载载作用下下，主梁梁位移包包络图高速磁浮浮大跨度度桥梁设设计关键键技术75高速磁浮浮大跨度度桥梁设设计关键键技术思考：上图中，，列车动动载通过过桥梁（（三塔斜斜拉桥，，结构对对称）时时挠曲线线不对称称，产生生这种现现象是什什么原因因呢？76高速磁浮浮大跨度度桥梁刚刚度分析析项目主梁一阶横弯频率（Hz）主梁一阶竖弯频率（Hz）主梁一阶扭转频率（Hz）频率控制标准1.1V/L=0.2981.1V/L=0.2981.1V/L=0.298钢箱梁方案0.2860.2471.040钢-砼组合梁方案0.3000.3431.055钢桁梁方案0.3150.3661.064不同桥梁梁方案频频率计算算结果4.4频率检算算77高速磁浮浮大跨度度桥梁刚刚度分析析满足fb>1.2V/L时才能将将动力系系数控制制在1.3以内4.4频率检算算三个方案案主跨位位移动力力系数与与车速的的关系78高速磁浮浮大跨度度桥梁刚刚度分析析钢箱梁方方案主梁梁一阶横横向弯曲曲模态（（0.286Hz）钢箱梁方方案主梁梁一阶竖竖向弯曲曲模态（（0.247Hz）4.4频率检算算79高速磁浮浮大跨度度桥梁刚刚度分析析钢-砼组合梁梁方案主主梁一阶阶横向弯弯曲模态态（0.300Hz）钢-砼组合梁梁方案主主梁一阶阶竖向弯弯曲模态态（0.343Hz）4.4频率检算算80高速磁浮浮大跨度度桥梁刚刚度分析析钢桁梁方方案主梁梁一阶横横向弯曲曲模态（（0.315Hz）钢桁梁方方案主梁梁一阶竖竖向弯曲曲模态（（0.366Hz）4.4频率检算算81高速磁浮浮大跨度度桥梁刚刚度分析析列车作用用长度202m均布移动动荷载，，竖向25.6kN/m，横向3.9kN/m仅计算磁磁浮列车车下轨道道梁梁端端折角（（两侧之之和）温度作用用（1）整体升升温：钢钢索+40℃℃，混凝土土桥塔+30℃℃，钢箱梁梁+35℃℃。（2）整体降降温：钢钢索-30℃℃，混凝土土桥塔-20℃℃，钢箱梁梁-25℃℃。（3）索梁塔塔温差：：钢索±15℃℃。（4）主梁截截面上下下侧温差差：±15℃℃。（5）主梁截截面左右右侧温差差：±15℃℃。（6）塔左右右温差：：±5℃。组合方法法轨道梁自自身变形形引起的的折角+大跨度桥桥梁变形形引起的的折角列车和温温度效应应的组合合系数均均取为1.04.5轨道梁梁梁端折角角检算82高速磁浮浮大跨度度桥梁刚刚度分析析竖向折角：单线列车+温度4.5轨道梁梁梁端折角角检算（（钢箱梁梁方案））83高速磁浮浮大跨度度桥梁刚刚度分析析竖向折角包包络图图：双线列车+温度4.5轨道梁梁梁端端折角角检算算（钢钢箱梁梁方案案）84高速磁磁浮大大跨度度桥梁梁刚度度分析析横向折角包络图图：双线列车+温度4.5轨道梁梁梁端端折角角检算算（钢钢箱梁梁方案案）85高速磁磁浮大大跨度度桥梁梁刚度度分析析竖向折角包包络图图：单线列车+温度4.5轨道梁梁梁端端折角角检算算（钢钢-砼组合合梁方方案））86高速磁磁浮大大跨度度桥梁梁刚度度分析析竖向折角包包络图图：双线列车+温度4.5轨道梁梁梁端端折角角检算算（钢钢-砼组合合梁方方案））87高速磁磁浮大大跨度度桥梁梁刚度度分析析横向折角包包络图图：双线列车+温度4.5轨道梁梁梁端端折角角检算算（钢钢-砼组合合梁方方案））88高速磁磁浮大大跨度度桥梁梁刚度度分析析竖向折角：：单线列车+温度4.5轨道梁梁梁端端折角角检算算（钢钢桁梁梁方案案）89高速磁磁浮大大跨度度桥梁梁刚度度分析析竖向折角：：双线列车+温度4.5轨道梁梁梁端端折角角检算算（钢钢桁梁梁方案案）90高速磁磁浮大大跨度度桥梁梁刚度度分析析横向折角：：双线列车+温度4.5轨道梁梁梁端端折角角检算算（钢钢桁梁梁方案案）91高速磁磁浮大大跨度度桥梁梁刚度度分析析方案温度作用（mm）双线列车竖向作用（mm）单线列车纵向作用（mm）钢箱梁方案（纵向漂浮）33125.98.5钢—砼组合梁方案3265.01.9钢桁梁方案3624.71.7不同桥桥梁方方案主主梁梁梁端（（单端端）伸伸缩量量计算算结果果（温度度+列车静静载））4.6主梁梁梁端伸伸缩量量计算算92高速磁磁浮大大跨度