一种磁悬浮UHPC箱梁的制作方法

本发明属于磁浮轨道交通技术领域，更具体地，涉及一种磁悬浮uhpc箱梁。

背景技术：

磁浮交通是一种地面客运交通，与传统轮轨交通系统显著的区别是借助悬浮力使车体悬浮于轨道上方，其行走部与轨道不接触。通过直线感应电机产生的推进力在轨道上前行。常导高速磁浮列车的悬浮架上带电的悬浮电磁铁和轨道上的长定子线圈相互吸引，为列车提供悬浮力，将列车向上吸起，并通过控制悬浮励磁电流来保证稳定的悬浮间隙。电磁铁与轨道之间的悬浮间隙一般控制在10mm左右。

悬浮架上带电的导向电磁铁与轨道侧面的导向板相互作用，提供导向力，使车体与轨道之间保持一定的侧向距离，实现在水平方向的无接触导向。高速磁浮列车的驱动采用非车载动力装置-长定子直线同步电机(lsm)，车辆悬浮架下部设有悬浮电磁铁线圈，轨道上安设有长定子线圈，当沿线线路方向布置的长定子线圈提供三相调频调幅电力时，由于电磁感应作用列车被推动前进，从而实现了悬浮状态下列车完全非接触的牵引和制动。

目前德国、日本、英国以及我国上海磁浮等所进行的磁浮试验和营业线中，基本以钢筋混凝土结构为主，少量跨度较大采用钢结构形式。当跨度增大后，常规的混凝土结构由于自身收缩徐变等特性难以满足高速磁浮对于桥梁结构严苛的变形要求，而钢结构造价较高的同时，自振频率很难满足要求，同时可能需要增设阻尼器。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种磁悬浮uhpc箱梁，箱梁顶板、底板、腹板采用uhpc材料，同时减少箱梁顶板、底板、腹板的厚度，在提高了刚度，满足高速磁浮对于桥梁结构严苛的变形要求的同时减小了截面方量，便于施工且减小了下部结构的用量。

为实现上述目的，本发明提供一种磁悬浮uhpc箱梁，包括箱梁顶板、箱梁底板以及设于两者之间的箱梁腹板；

所述箱梁腹板横向之间间隔设有箱梁横肋，各箱梁横肋顶部与所述箱梁顶板固结，横向两端分别与所述箱梁腹板内侧固结，所述箱梁横肋位于箱梁顶板受压区域以防止薄板翘曲失稳；

所述箱梁顶板、箱梁底板以及箱梁腹板均采用uhpc材料，以减少梁高以及箱梁顶板、底板、腹板的厚度。

作为本发明的进一步改进，桥梁支座处设置横隔板，各横隔板横向上与所述箱梁腹板内侧固结，顶部与所述箱梁顶板内侧固结，底部与所述箱梁底板固结。

作为本发明的进一步改进，所述箱梁顶板顶部根据双线线路的中心线位置，横向对称布置有两个承轨梁，作为磁浮列车的运行轨道。

作为本发明的进一步改进，所述箱梁顶板的厚度范围为0.15-0.25m，所述箱梁底板的厚度范围为0.2-0.3m。

作为本发明的进一步改进，所述箱梁顶板的横向两侧伸出形成悬臂板，所述悬臂板的宽度分别为1-1.5m。

作为本发明的进一步改进，所述箱梁腹板顶部之间的间距为5-6m，所述箱梁顶板的宽度为7-9m。

作为本发明的进一步改进，所述箱梁横肋和所述横隔板采用普通混凝土。

作为本发明的进一步改进，所述箱梁横肋竖向高度范围为1.5-2.5m，纵向上长度范围为0.2-0.4m，且横向上与箱梁腹板两侧相匹配。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)本发明的磁悬浮uhpc箱梁，适用于磁浮交通，箱梁顶板、底板、腹板采用uhpc材料，同时减少箱梁高度以及顶板、底板、腹板的厚度，在提高刚度，满足高速磁浮对于桥梁结构严苛的变形要求的同时减小了截面方量，便于施工且减小了下部结构的用量；并且在箱梁顶板受压区域间隔设置横向加劲肋，防止了薄板翘曲失稳。

(2)本发明的磁悬浮uhpc箱梁，箱梁横肋和横隔板优选采用普通混凝土，采用uhpc材料和普通混凝土材料搭配使用，在满足磁浮交通苛刻的运行条件的同时，还能够节省工程造价。

(3)本发明的磁悬浮uhpc箱梁，uhpc箱梁基频更大，更小的活载变形，更大的基频，更能满足磁浮梁的基频要求。

(4)本发明的磁悬浮uhpc箱梁，uhpc箱梁截面方量更小，约为普通混凝土的70％～80％，更小的截面方量使梁部结构更轻，节省下部基础用量，uhpc材料抗压强度可达约100mpa、抗拉强度可达约为10mpa，远远超出普通混凝土，使其截面更小，主梁更轻，同时能大量较少预应力钢筋的配置。

(5)本发明的磁悬浮uhpc箱梁，uhpc材料养护之后自收缩基本为0，徐变系数较小，应用于高速磁浮，使uhpc箱梁工后收缩徐变非常小，有效解决了普通混凝土收缩徐变的难题，解决了大跨度桥梁后期变形问题，能满足高速磁浮对变形的严苛要求。

(6)本发明的磁悬浮uhpc箱梁，uhpc材料导热系数比普通混凝土更高，同时uhpc箱梁顶板更薄，箱内外局部温差较普通混凝土截面小，温度变形更小。

附图说明

图1为本发明实施例的磁悬浮uhpc箱梁普通截面示意图；

图2为本发明实施例的磁悬浮uhpc箱梁横肋处截面示意图；

图3为本发明实施例的磁悬浮uhpc箱梁横隔板处截面示意图；

在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1-箱梁顶板、2-箱梁底板、3-箱梁腹板、4-悬臂板、5-承轨梁、6-箱梁横肋、7-横隔板。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

本发明提出一种uhpc箱梁，适用于高速磁浮大跨度桥梁，刚度大，结构轻，后期变形小，施工便利。图1至图3分别为本发明实施例的磁悬浮uhpc箱梁普通截面、横肋处截面以及横隔板处截面示意图。如图所示，本发明的磁悬浮uhpc箱梁，包括箱梁顶板1、箱梁底板2以及箱梁腹板3，如图1所示的箱梁普通截面，uhpc箱梁顶板1和箱梁底板2之间设有箱梁腹板3，箱梁顶板1的横向两侧伸出形成悬臂板4；如图2所示的横肋处截面，箱梁腹板3上部之间还设有箱梁横肋6；uhpc箱梁腹板之间还设有横隔板7，如图3所示的横隔板处截面处，横隔板7外部与箱梁内部截面连接成为整体，横隔板7的设置位置与桥梁支座的位置对应。

本发明的uhpc箱梁的箱梁顶板1顶部根据双线线路的中心线位置横向布置两个承轨梁5，作为磁浮列车的运行轨道支撑其运行；本发明的uhpc箱梁可采用单箱单室截面或单箱双室截面，箱梁截面可采用矩形截面(直腹板)，也可采用倒梯形截面(斜腹板)，本发明附图1-3中作为一个具体实施方式，uhpc箱梁位单箱单室的矩形截面，但是本发明对于箱梁的具体的形状不作限定。本发明的uhpc箱梁可应用于常规标准跨度简支梁、连续梁、先简支后连续梁，也可用于大跨度的连续梁，其施工方法可现浇也可节段预制拼装，方便灵活。

本发明uhpc箱梁的梁高及顶板、底板、腹板的板厚根据结构受力、构造需要和变形控制标准计算确定；其中梁高根据磁浮列车的运行速度确定；顶板宽度主要取决于磁浮双线之间的线间距，以时速600km/h高速磁浮为例，其线间距为5.6m，且两腹板顶部之间的间距为优选为5-6m，此时腹板支撑承轨梁，受力性能较好，顶板两侧的宽度(悬臂板4的宽度)分别为1-1.5m，即箱梁顶板1的宽度优选为7-9m。对于直腹式箱梁，箱梁底板2的宽度与箱梁腹板3之间的间距相同。

箱梁顶板1的厚度根据受力需要优选为0.15-0.25m，不易小于0.15m；箱梁底板2的厚度根据受力需要优选为0.2-0.3m，不易小于0.2m。由于箱梁厚度的减小，在箱梁顶板受压区域为防止薄板翘曲失稳，间隔设置横向加劲肋(箱梁横肋6)，箱梁横肋6顶部与箱梁顶板1固结，横向两端分别与箱梁腹板3内侧固结，并在支座处设置横隔板7，横隔板7横向上与箱梁腹板3内侧固结，顶部与箱梁顶板1内侧固结，底部与箱梁底板2固结；箱梁横肋6优选为间隔2m设置，即相邻两个箱梁横肋6的间距优选为2m，箱梁横肋6竖向高度优选为1.5-2.5m，纵向上长度优选为0.2-0.4m，箱梁横肋6横向上与箱梁腹板两内侧形状或角度相匹配，可根据腹板的变化调整。采用箱梁横肋6和横隔板7间隔搭配设置，并且与箱梁腹板固结位置整体受力结构，能够在箱梁厚度的减小后，进一步提升整体刚度和稳定性。

本发明磁悬浮uhpc箱梁中，箱梁顶板1、箱梁底板2、箱梁腹板3采用uhpc材料，本发明磁悬浮uhpc箱梁可采用节段预制拼装的方式进行施工，也可以采用现浇的方式，采用节段预制拼装方式时，相邻的两段uhpc箱梁之间的拼接缝优选采用早强uhpc材料；

采用的早强uhpc材料组分优选为包括硅灰、石灰石粉、水泥、河砂、拌合水、减水剂、钢纤维，其中水泥、硅灰、石灰石粉、河砂、拌合水和减水剂的添加比例为(0.7～1.0)：(0.1～0.2)：(0.1～0.2)：(0.8～1.1)：(0.15～0.20)：(0.02～0.05)，钢纤维为额外添加，每方拼接缝早强uhpc重量在2300kg左右，钢纤维重量在150～200kg；该uhpc不仅早期强度高，24小时达到抗压强度60mpa，后期强度继续增加，28天强度可达120mpa以上；且早期加载不会导致强度倒缩现象。

进一步优选地，箱梁横肋6和横隔板7优选采用普通混凝土，本发明采用uhpc材料和普通混凝土材料搭配使用，在满足磁浮交通苛刻的运行条件的同时，还能够节省工程造价。

本发明的一种适用于磁悬浮的uhpc箱梁，该结构能应用于大跨度桥梁，在满足后期变形的要求，提高了刚度的同时减小了截面方量，结构轻巧美观，便于施工且减小了下部结构的用量；预应力配置较少，施工更加便捷。

本发明的uhpc箱梁和现有技术相比，具有如下优势：

本发明采用uhpc箱梁，抗压强度、抗拉强度等显著高于普通混凝土，uhpc箱梁截面方量更小，约为普通混凝土的70％～80％，更小的截面方量使梁部结构更轻，节省下部基础用量，uhpc材料抗压强度可达约100mpa、抗拉强度可达约为10mpa，远远超出普通混凝土，使其截面更小，主梁更轻，同时能大量较少预应力钢筋的配置。

由于uhpc弹模为普通混凝土的1.2倍，弹模/质量比更大，同等梁高下具有更大的刚度，更能满足高速磁浮对结构的变形要求；同时uhpc箱梁基频更大，更小的活载变形，更大的基频，更能满足磁浮梁的基频要求。与钢结构相比后期维养工作量大大减少，与混凝土相比耐腐蚀性能更强。uhpc材料养护之后自收缩基本为0，徐变系数较小，应用于高速磁浮，使uhpc箱梁工后收缩徐变非常小，有效解决了普通混凝土收缩徐变的难题，解决了大跨度桥梁后期变形问题，能满足高速磁浮对变形的严苛要求。uhpc材料导热系数比普通混凝土更高，同时uhpc箱梁顶板更薄，箱内外局部温差较普通混凝土截面小，温度变形更小。uhpc超高的耐久性大大节约了后期的维养工作量。以上优点使uhpc箱梁比普通混凝土梁的跨越能力更强，能应用于大跨度(60m及以上)磁悬浮桥梁中，满足其严苛的变形指标。

为更好的说明本发明磁悬浮uhpc箱梁应用中的优势，以主跨60m高速磁浮桥梁为例，其跨度组成为(40+60+40)m，主跨两端的边跨为40m，采用等高uhpc连续箱梁，箱梁的梁高取决于变形及基频要求；其中变形要求包括活载作用下变形要求及温度作用下变形要求，分别计算梁高为5m和4.4m时桥梁的性质参数，并且梁顶宽设为7.7m，底宽设为5.7m，底板及腹板设为0.25m，顶板厚度设为0.15m，负弯矩区加厚至0.25m；间距2m设置一道横向加劲肋，横肋高2m。箱梁顶板、底板、腹板及拼接缝采用uhpc材料，加劲肋及横隔板采用普通混凝土。

5m梁高的结果如下：

4.4m梁高的结果如下：

结果表示：对于40+60+40m的uhpc连续梁，4.4m及5.0m梁高其应力、静活载刚度、温度变形、收缩徐变等均能满足磁浮交通的要求。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。