高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术研究生课程讲稿课件

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2引言1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8超导电动悬浮EDS高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术1.2磁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10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高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术1.2磁浮交通简介磁浮列11高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术1.2磁浮交通简介美国中低速磁悬浮车辆概念图11高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术1.2磁浮交通简介美国中12高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术1.2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12高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术1.2磁浮交通简介国防科13高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术1.2磁浮交通简介日本超导磁悬浮试验车上海磁悬浮13高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术1.2磁浮交通简介日本超14高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术1.2磁浮交通简介德国磁浮列车TR08结构原理图14高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术1.2磁浮交通简介德国磁15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磁浮轨道梁简介15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16轨道梁的特点可以概括为以下几点:一般均采用高架结构;以小跨度为主;刚度大、整体性好;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磁浮轨道梁简介16轨道梁的特点可以概括为以下几点:高速磁浮大跨度桥梁设计关17高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术1.3磁浮轨道梁简介德国高速磁浮轨道梁变迁17高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术1.3磁浮轨道梁简介德国18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1.3磁浮轨道梁简介18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——12.384m预应力砼梁1.3磁浮轨道梁简介常规的中小跨径轨道梁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——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21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——迭合钢梁横断面桥上轨道梁结构1.3磁浮轨道梁简介21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22日本山梨实验线小形山尼尔森拱桥迄今为止，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1.3磁浮轨道梁简介22日本山梨实验线小形山尼尔森拱桥迄今为止，最大跨度磁悬浮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磁浮大跨度桥梁——迭合梁（梁上梁）结构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，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接机构传递给承重梁；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；连接机构是上下层结构之间的连接及传力机构。1.4磁浮大跨度桥梁——迭合梁（梁上梁）结构24高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术磁浮迭合梁由上层轨面结构、25高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术1.4磁浮大跨度桥梁——迭合梁（梁上梁）结构25高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术1.4磁浮大跨度桥梁——26高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术1.4磁浮大跨度桥梁——迭合梁（梁上梁）结构26高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术1.4磁浮大跨度桥梁——27磁浮大跨度桥梁设计关键技术研究2高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术27磁浮大跨度桥梁设计关键技术研究2高速磁浮大跨度桥梁设计关28高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术2.1高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术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。28高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术2.1高速磁浮大跨度桥梁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关键技术2.1高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术研究内容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高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术研究内容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，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。31高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术研究过程要涉及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).大跨度桥梁关键设计参数限值的研究2.1高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术研究内容32在第一部分理论研究的基础上，进一步研究影响磁浮33主要内容有：大跨度桥梁主梁的竖向、横向挠跨比设计参数限值的确定；主梁竖向、横向梁端折角限值的确定；主梁的扭转变形和的频率限值的研究；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33主要内容有：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：大跨度桥梁的构造要求（包括轨道梁形式等）；大跨度桥梁的关键设计参数标准；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2.1高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术研究内容34(3).通过设计关键技术研究和桥梁方案研究，总结提炼磁35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。中小跨径轨道梁由于伸缩变形小，不存在这样的问题(4).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高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术研究内容35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36该项研究主要内容包括：轮轨桥梁伸缩缝构造的调研；伸缩缝对磁浮列车电磁力影响的变化规律；磁浮桥梁伸缩缝合理伸缩量值确定；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36该项研究主要内容包括：高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术37(5).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高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术研究内容37(5).桥梁抗风和横风对列车走行性的影响研究相邻桥梁（382.2.1.磁浮轨道梁刚度控制的几个主要指标主梁竖向挠跨比，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382.2.1.磁浮轨道梁刚度控制的几个主要指标2.2中小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：在列车静活载作用下：在日温差荷载作用下：上缘升温下缘升温高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术392.2.2磁浮《线路设计规范》相关规定竖向挠跨比限值：40横向挠跨比限值：在横向静活载（3.9kN/m)作用下：在日温差荷载作用下：高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术40横向挠跨比限值：在横向静活载（3.9kN/m)作用下：在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、横向或扭转基频适用。高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术41式中：V为车速(m/s)；(2)大跨度主梁最小频42(3)轨道梁梁端最大折角限值规定为：单端竖向转角限值不大于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42(3)轨道梁梁端最大折角限值高速磁浮大跨度桥梁设计关键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)《线路设计基础》刚度标准汇总《线路设计基础》刚度标准汇总高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术43竖向（z方向）横向（y方向）挠跨比列车引起1/4000挠44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44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452.3大跨度桥梁设计关键技术初步研究（1）挠跨比的确定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算，通过不断试算，调整修改挠跨比，最终确定合理值。

磁浮《线路设计规范》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，需要进行专题研究。高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术2.3.1大跨度桥梁设计关键参数研究452.3大跨度桥梁设计关键技术初步研究（1）挠跨比的确定46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46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47（98+196+504+196+98）m钢桁斜拉桥。铁路主桥按四线建设，其中两线为高速铁路，两线为普速Ⅰ级干线，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250km/h，汽车行车速度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(109.5+192+336+336+192+109.5）m连续钢桁梁拱桥。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，两线为城市轨道交通。本桥该跨度设计行车速度300km/h为世界桥梁之最。南京大胜关长江大桥47（98+196+504+196+98）m钢桁斜拉桥。铁路48（2）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折角限值按磁浮《线路设计基础》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。高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术48（2）梁端折角的确定高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术49（3）最小频率的确定理论研究表明：磁浮《线路设计基础》中小跨度频率限值

f>1.1V/L对大跨度桥梁是适用的。

其中：0.5V/L是移动荷载过桥激振频率，桥梁最小频率取1.1V/L，其1.1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。

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。高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术49（3）最小频率的确定高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术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50竖向（z方向）横向（y方向）梁端折角轨道梁自身变形引起的51关于梁端伸缩缝的方案轨道梁定子铁芯间的允许缝隙范围为43~146mm，因此轨道梁的伸缩长度受到限制。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。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大跨度桥梁主梁伸缩缝装置的研究51关于梁端伸缩缝的方案高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术2.352关于梁端伸缩缝的方案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52关于梁端伸缩缝的方案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552.3.3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。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；高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术552.3.3桥梁抗风和横风对列车走行性的影响研究相邻桥梁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，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56强风、桥梁、车辆耦合动力效应对列车走行性的影响。高速磁浮57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57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583.1高速磁浮跨黄浦江大桥方案桥型比选大跨径可能的只能是拱桥、悬索桥、斜拉桥三种桥型。限制条件：软土地基，高速磁浮对变形要求高。高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术583.1高速磁浮跨黄浦江大桥方案桥型比选高速磁浮大跨度桥59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；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；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。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59拱桥：已经超越了经济跨径，造价较高，而且施工风险较大，造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；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60结构比选——主梁高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术613.2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613.2研究满足通航和行车要求的大跨度桥梁技术方案高速磁62（1）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。正交异性钢桥面板的钢箱梁主梁；混凝土和钢结合箱型主梁；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62（1）三塔斜拉桥方案主跨跨径约360m。确定斜拉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）双塔斜拉桥方案63斜拉桥主跨跨径约450m。确定其分孔布置以及斜拉桥桥塔、64（3）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64（3）钢系杆拱桥方案高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术65（4）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在磁浮列车过桥时速350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时速（350～430km/h）范围内，速度高低对工程经济影响，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。65（4）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66三塔斜拉桥方案介绍4高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术初步研究内容介绍——以三塔斜拉桥为例66三塔斜拉桥方案介绍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=1043.040m4.1三塔斜拉桥计算模型2、桥跨布置及结构选型总体布置4.1三塔斜拉桥计算模型6768高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术4.1三塔斜拉桥计算模型68高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术4.1三塔斜拉桥计算模型69高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术主梁型式：钢箱梁69高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术主梁型式：钢箱梁70高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术主梁型式：钢—砼叠合箱梁70高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术主梁型式：钢—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71高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术主梁型式：钢桁梁72高速磁浮大跨度桥梁刚度分析4.2横向挠跨比计算主梁在单线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。

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不同桥梁方案挠跨比计算结果72高速磁浮大跨度桥梁刚度分析4.2横向挠跨比计算变形方73高速磁浮大跨度桥梁刚度分析4.3竖向挠跨比计算

根据双线列车静活载作用下所得挠跨比见下表，其中静载作用按8节车辆编组，均布荷载（25.6KN/m）考虑，不计冲击系数。不同桥梁方案挠跨比计算结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1/250631/253001/167461/223073高速磁浮大跨度桥梁刚度分析4.3竖向挠跨比计算不同桥74静载和动载通过桥梁时挠曲线比较（钢箱梁方案）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74静载和动载通过桥梁时挠曲线比较（钢箱梁方案）列车荷载作用75高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术思考：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？75高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术思考：76高速磁浮大跨度桥梁刚度分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不同桥梁方案频率计算结果4.4频率检算76高速磁浮大跨度桥梁刚度分析项目主梁一阶横弯主梁一阶竖弯频77高速磁浮大跨度桥梁刚度分析满足fb>1.2V/L时才能将动力系数控制在1.3以内4.4频率检算三个方案主跨位移动力系数与车速的关系77高速磁浮大跨度桥梁刚度分析满足fb>1.2V/L时才能将78高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78高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1.04.5轨道梁梁端折角检算81高速磁浮大跨度桥梁刚度分析列车作用4.5轨道梁梁端折角82高速磁浮大跨度桥梁刚度分析竖向折角：单线列车+温度4.5轨道梁梁端折角检算（钢箱梁方案）82高速磁浮大跨度桥梁刚度分析竖向折角：单线列车+温度4.583高速磁浮大跨度桥梁刚度分析竖向折角包络图：双线列车+温度4.5轨道梁梁端折角检算（钢箱梁方案）83高速磁浮大跨度桥梁刚度分析竖向折角包络图：双线列车+温度84高速磁浮大跨度桥梁刚度分析横向折角包络图：双线列车+温度4.5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折角包络图：双线列车+温度85高速磁浮大跨度桥梁刚度分析竖向折角包络图：单线列车+温度4.5轨道梁梁端折角检算（钢-砼组合梁方案）85高速磁浮大跨度桥梁刚度分析竖向折角包络图：单线列车+温度86高速磁浮大跨度桥梁刚度分析竖向折角包络图：双线列车+温度4.5轨道梁梁端折角检算（钢-砼组合梁方案）86高速磁浮大跨度桥梁刚度分析竖向折角包络图：双线列车+温度87高速磁浮大跨度桥梁刚度分析横向折角包络图：双线列车+温度4.5轨道梁梁端折角检算（钢-砼组合梁方案）87高速磁浮大跨度桥梁刚度分析横向折角包络图：双线列车+温度88高速磁浮大跨度桥梁刚度分析竖向折角：单线列车+温度4.5轨道梁梁端折角检算（钢桁梁方案）88高速磁浮大跨度桥梁刚度分析竖向折角：单线列车+温度4.589高速磁浮大跨度桥梁刚度分析竖向折角：双线列车+温度4.5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折角：双线列车+温度4.590高速磁浮大跨度桥梁刚度分析横向折角：双线列车+温度4.5轨道梁梁端折角检算（钢桁梁方案）90高速磁浮大跨度桥梁刚度分析横向折角：双线列车+温度4.591高速磁浮大跨度桥梁刚度分析方案温度作用（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不同桥梁方案主梁梁端（单端）伸缩量计算结果（温度+列车静载）4.6主梁梁端伸缩量计算91高速磁浮大跨度桥梁刚度分析方案温度作用双线列车单线列车钢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刚度检算意见与建议92高速磁浮大跨度桥梁刚度分析设计参数4.7刚度检算93高速磁浮大跨度桥梁刚度分析

其它：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。93高速磁浮大跨度桥梁刚度分析其它：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需要进一步研究的问题94高速磁浮大跨度桥梁刚度分析（1）桥跨布置与总体布局495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题，开展专题研究，确保结构抗风安全。（4）轨道梁结构设计参数及构造研究轨道梁刚度、频率挠跨比参数研究；连续或简支优缺点比较，结构布置以及与主梁连接；桁梁桥纵横梁体系做为轨道梁的可行性研究。（5）伸缩装置的研究（6）列车过桥动力响应计算机仿真分析

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谢谢!欢迎批评指正!谢谢!97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98引言1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99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1001.1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101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102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103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104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8超导电动悬浮EDS高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术1.2磁105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106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高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术1.2磁浮交通简介磁浮列107高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术1.2磁浮交通简介美国中低速磁悬浮车辆概念图11高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术1.2磁浮交通简介美国中108高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术1.2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12高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术1.2磁浮交通简介国防科109高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术1.2磁浮交通简介日本超导磁悬浮试验车上海磁悬浮13高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术1.2磁浮交通简介日本超110高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术1.2磁浮交通简介德国磁浮列车TR08结构原理图14高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术1.2磁浮交通简介德国磁111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磁浮轨道梁简介15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112轨道梁的特点可以概括为以下几点:一般均采用高架结构;以小跨度为主;刚度大、整体性好;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磁浮轨道梁简介16轨道梁的特点可以概括为以下几点:高速磁浮大跨度桥梁设计关113高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术1.3磁浮轨道梁简介德国高速磁浮轨道梁变迁17高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术1.3磁浮轨道梁简介德国114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1.3磁浮轨道梁简介18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115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——12.384m预应力砼梁1.3磁浮轨道梁简介常规的中小跨径轨道梁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116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——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117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——迭合钢梁横断面桥上轨道梁结构1.3磁浮轨道梁简介21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118日本山梨实验线小形山尼尔森拱桥迄今为止，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1.3磁浮轨道梁简介22日本山梨实验线小形山尼尔森拱桥迄今为止，最大跨度磁悬浮119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磁浮大跨度桥梁——迭合梁（梁上梁）结构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120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，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接机构传递给承重梁；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；连接机构是上下层结构之间的连接及传力机构。1.4磁浮大跨度桥梁——迭合梁（梁上梁）结构24高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术磁浮迭合梁由上层轨面结构、121高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术1.4磁浮大跨度桥梁——迭合梁（梁上梁）结构25高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术1.4磁浮大跨度桥梁——122高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术1.4磁浮大跨度桥梁——迭合梁（梁上梁）结构26高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术1.4磁浮大跨度桥梁——123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高速磁浮大跨度桥梁设计关124高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术2.1高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术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。28高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术2.1高速磁浮大跨度桥梁125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关键技术2.1高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术研究内容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126(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高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术研究内容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127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，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。31高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术研究过程要涉及128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).大跨度桥梁关键设计参数限值的研究2.1高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术研究内容32在第一部分理论研究的基础上，进一步研究影响磁浮129主要内容有：大跨度桥梁主梁的竖向、横向挠跨比设计参数限值的确定；主梁竖向、横向梁端折角限值的确定；主梁的扭转变形和的频率限值的研究；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33主要内容有：高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术130(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：大跨度桥梁的构造要求（包括轨道梁形式等）；大跨度桥梁的关键设计参数标准；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2.1高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术研究内容34(3).通过设计关键技术研究和桥梁方案研究，总结提炼磁131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。中小跨径轨道梁由于伸缩变形小，不存在这样的问题(4).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高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术研究内容35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132该项研究主要内容包括：轮轨桥梁伸缩缝构造的调研；伸缩缝对磁浮列车电磁力影响的变化规律；磁浮桥梁伸缩缝合理伸缩量值确定；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36该项研究主要内容包括：高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术133(5).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高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术研究内容37(5).桥梁抗风和横风对列车走行性的影响研究相邻桥梁（1342.2.1.磁浮轨道梁刚度控制的几个主要指标主梁竖向挠跨比，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382.2.1.磁浮轨道梁刚度控制的几个主要指标2.2中小1352.2.2磁浮《线路设计规范》相关规定竖向挠跨比限值：(1)挠跨比：在列车静活载作用下：在日温差荷载作用下：上缘升温下缘升温高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术392.2.2磁浮《线路设计规范》相关规定竖向挠跨比限值：136横向挠跨比限值：在横向静活载（3.9kN/m)作用下：在日温差荷载作用下：高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术40横向挠跨比限值：在横向静活载（3.9kN/m)作用下：在137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、横向或扭转基频适用。高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术41式中：V为车速(m/s)；(2)大跨度主梁最小频138(3)轨道梁梁端最大折角限值规定为：单端竖向转角限值不大于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42(3)轨道梁梁端最大折角限值高速磁浮大跨度桥梁设计关键139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)《线路设计基础》刚度标准汇总《线路设计基础》刚度标准汇总高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术43竖向（z方向）横向（y方向）挠跨比列车引起1/4000挠140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44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1412.3大跨度桥梁设计关键技术初步研究（1）挠跨比的确定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算，通过不断试算，调整修改挠跨比，最终确定合理值。

磁浮《线路设计规范》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，需要进行专题研究。高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术2.3.1大跨度桥梁设计关键参数研究452.3大跨度桥梁设计关键技术初步研究（1）挠跨比的确定142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46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143（98+196+504+196+98）m钢桁斜拉桥。铁路主桥按四线建设，其中两线为高速铁路，两线为普速Ⅰ级干线，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250km/h，汽车行车速度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(109.5+192+336+336+192+109.5）m连续钢桁梁拱桥。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，两线为城市轨道交通。本桥该跨度设计行车速度300km/h为世界桥梁之最。南京大胜关长江大桥47（98+196+504+196+98）m钢桁斜拉桥。铁路144（2）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折角限值按磁浮《线路设计基础》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。高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术48（2）梁端折角的确定高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术145（3）最小频率的确定理论研究表明：磁浮《线路设计基础》中小跨度频率限值

f>1.1V/L对大跨度桥梁是适用的。

其中：0.5V/L是移动荷载过桥激振频率，桥梁最小频率取1.1V/L，其1.1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。

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。高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术49（3）最小频率的确定高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术146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50竖向（z方向）横向（y方向）梁端折角轨道梁自身变形引起的147关于梁端伸缩缝的方案轨道梁定子铁芯间的允许缝隙范围为43~146mm，因此轨道梁的伸缩长度受到限制。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。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大跨度桥梁主梁伸缩缝装置的研究51关于梁端伸缩缝的方案高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术2.3148关于梁端伸缩缝的方案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52关于梁端伸缩缝的方案高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术149一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53一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150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1512.3.3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。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；高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术552.3.3桥梁抗风和横风对列车走行性的影响研究相邻桥梁152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，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56强风、桥梁、车辆耦合动力效应对列车走行性的影响。高速磁浮153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57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1543.1高速磁浮跨黄浦江大桥方案桥型比选大跨径可能的只能是拱桥、悬索桥、斜拉桥三种桥型。限制条件：软土地基，高速磁浮对变形要求高。高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术583.1高速磁浮跨黄浦江大桥方案桥型比选高速磁浮大跨度桥155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；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；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。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59拱桥：已经超越了经济跨径，造价较高，而且施工风险较大，造156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；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60结构比选——主梁高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术1573.2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613.2研究满足通航和行车要求的大跨度桥梁技术方案高速磁158（1）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。正交异性钢桥面板的钢箱梁主梁；混凝土和钢结合箱型主梁；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62（1）三塔斜拉桥方案主跨跨径约360m。确定斜拉159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）双塔斜拉桥方案63斜拉桥主跨跨径约450m。确定其分孔布置以及斜拉桥桥塔、160（3）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64（3）钢系杆拱桥方案高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术161（4）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在磁浮列车过桥时速350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时速（350～430km/h）范围内，速度高低对工程经济影响，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。65（4）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162三塔斜拉桥方案介绍4高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术初步研究内容介绍——以三塔斜拉桥为例66三塔斜拉桥方案介绍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=1043.040m4.1三塔斜拉桥计算模型2、桥跨布置及结构选型总体布置4.1三塔斜拉桥计算模型163164高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术4.1三塔斜拉桥计算模型68高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术4.1三塔斜拉桥计算模型165高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术主梁型式：钢箱梁69高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术主梁型式：钢箱梁166高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术主梁型式：钢—砼叠合箱梁70高速磁浮大跨度桥梁设计关键技术主梁型式：钢—砼叠合