[科普中国]-轨条梁

概述

轨条梁在城市轨道交通系统，如轻轨和地铁中扮演了非常重要的角色。轨条梁既承担车辆荷载，又作为车辆运行轨条，因此称之为“轨条梁”。轨条梁整体结构相对简单，可采用1~1.5m直径的方柱或圆柱作支撑，并与轨条梁连成整体结构，支撑立柱可设置在条路中央分隔带或两侧绿化带上，占地面积小。与普通铁路梁相比，轨条梁在构造形式和受力模型上有很大不同。1

构造轨条梁的构造基于单轨车辆的构造要求、线路线形要求和附属设备的安装和养护需求，在设计和制造时需要考虑下列因素。

①外形首先必须满足车辆构造的要求，才能发挥其作为轨条的导向功能。

②梁体应满足线路的线形要求。为保证车辆运行的安全和平稳，在曲线地段，轨条梁应该满足线形要求，需设计为曲线梁，走行面需设置曲线超高。轨条梁的形状是以走行面为基准面，侧面与走行面垂直的原则进行控制。在计算确定线形后，按此原则和超高值确定梁体的形状。对处于直线和圆曲线上的轨条梁，这个过程比较简单；而对处于超高值变化的缓和曲线和组合曲线上的轨条梁，这个过程就比较复杂，因为要求形成的轨条梁三个面均为空间扭曲面。

③制作精度要求高。由于PC轨条梁既是桥跨结构，又是运行轨条，因此梁体外形尺寸要求极高，梁与梁的连接也要求极其圆顺。

④能够满足供电，通信、信号、自动监测等电缆、管条设施的辅设、施工和养护要求、

轨条梁在受力模式上，具有以下受力特点：

①动荷载大。由于轨条梁的截面尺寸小，轨条梁的自重也相应较轻，梁长20~22 m的标准梁约重55 t，如果将满员时的单轨列车质量折算成均布荷载，每跨轨条梁上的列车荷载与轨条梁自重几乎相当。而城市轨条交通的车辆间隔时间短，行车密度高，当列车经过时，在轨条梁上形成频繁交替的加载和卸载，可能引起轨条梁的疲劳破坏。

②横向荷载较大。轨条梁为空间受力构件，不仅需要承受竖向荷载，而且要承受较大水平荷载。如横向风荷载、列车水平荷载，曲线梁还要承受离心荷载。这些横向荷载通过导向轮和稳定轮直接作用到轨条梁的侧面上，使得轨条梁承受的横向荷载作用更加突出。

③轨条梁的应力状态复杂。轨条梁不仅要承受双向弯矩，还要承受较大的扭转荷载作用，、尤其是曲线梁，通过将梁体斜置来设置曲线超高，使得轨条梁横截面倾斜，自重、二期恒载和活载住横截面上产生双向弯矩，活载在截面内产生扭矩。轨条梁受到双向弯矩和扭矩的共同作用，其应力状态和变形分析较为复杂。

轨条梁不仅需要承受竖向荷载，而且要承受较大水平荷载和扭矩，是受力复杂的空间受力构件，因此它必须具有足够的强度、刚度和抗疲劳性能。1

截面形式轨条梁有现浇普通钢筋混凝土、预制预应力钢筋混凝土轨条梁（简称PC轨条梁）和钢制轨条梁几种，近年来还出现了钢-混凝土预弯简支组合轨条梁。除车辆段内的钢筋混凝土轨条梁外，正线绝大部分区段均为PC轨条梁。受车辆骑跨控制，轨条梁截面形状要求采用统一标准形式，日本多采用Ⅰ形中空截面，轨条梁截面宽度及高度为0.85m×1.40 m或0.85m×1.50m；西方国家电有采用矩形截面形式的。槽形及倒T形预应力轨条梁的主要设计思路是通过加大梁高，增加防止梁体扭转、侧倾的其他构造措施来增大预应力轨条梁的跨越能力，实际上就是将梁体上部轨条部分与梁体下部结合成整体来共同工作。

U形梁是一种从国外引进的最新技术，是一种下承式梁，目前被认为是可以取代城市轨条交通传统箱梁结构，是适用于大运量轨条交通项目和轻轨项日的一种横断面呈u形、单线梁板厚不超过30 cm的新型预应力混凝土轨条梁。它在国际上已得到广泛应用，但在国内城市轨条交通建设中尚处于起步阶段，仅在广州、上海和南京二地试用。与传统的上承式梁（如箱梁、1形梁等）相比，U形梁具有降噪效果好、外形美观、断面利用率高、造价低等优点。

①上部结构采用开口的U形梁，轨条直接铺设在U形梁的结构底板上，具有大幅降低轨向标高、灵活适应线路条件、降低线路标高和车站高度、减少工程量和节约投资等优势。

②U形梁的上翼缘顶部与地铁车辆底板处于相同高度，遇到紧急情况时，可作为紧急疏散通条为乘客提供方便。同时，因为车辆受到U形梁整体结构两侧腹板的保护，无需像传统高架结构那样考虑防冲撞功能，安全性较其他高架结构有进一步提高。

③其结构类似开口的隧条，自身形成一个良好的防噪体系，未来通车后地铁列车将行驶在开口的U形梁体内，其侧壁起到了普通高架隔声屏障的作用，使地铁列车运行噪声可以被有效屏蔽，大幅度降低列车对线路沿线的影响。模拟计算表明，与传统箱形梁相比，车辆在U形梁内运行可以降低噪声6~10dB，同时也大大减少了高架桥声屏障的用量（使用寿命约15年的声屏障，在桥梁结构使用寿命l00年内，需要多次更换）。

④U形梁建筑底板高度只有26 cm，大约为箱形梁建筑高度的1/2，采用带折线的外形，视觉上减小了结构的体量，再加上大量减少丁声屏障的使用，U形梁在视觉上降低对城市景观的影响。

U形梁结构混凝土壁薄，底板最薄处混凝土厚度仅为23 cm，且为开口断面，抗扭刚度低，粱高1.8m，宽5.224 m，长度16~30m不等，最大质量150t。因此U形梁运输控制和安装精度要求高，施工难度大。1

结构形式轨条梁基本采用简支结构，构造简单、受力明确、抗震性能好，且梁长不大，便于工厂预制，质地和精度也易于控制，缺点是线路接头较多。造价较高、维护工作量较大，且墩柱间距较街、影响景观效果 研究表明简支结构体系轨条梁标准跨径采用20m左右比较合适，据日本，马来西业及我国重庆市的建设经验，考虑到条路运输条件，PC简支轨条梁跨径一般不超过22m，多为20~22m。实际应用中，一般优先采用标准跨径预制PC简支轨条梁布置方案，如我国重庆市轻轨较新线：粱跨在直线和平面曲线半径R >700 m时采用22m梁跨，在乍站和线路平面曲线半径R