專利名稱：索軌高架及其專用軌道行車的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由弦索空中軌道平臺(tái)構(gòu)建的高架及其在該軌道平臺(tái)上行走的專用軌 道行車，屬于交通運(yùn)輸技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
以運(yùn)輸平臺(tái)所在位置區(qū)分，目前的車輛交通運(yùn)輸方式可分為地上和架空兩種。而 架空形式又包括高架橋和軌道交通。現(xiàn)有架空的高架或軌道交通基本上是以橋梁作為運(yùn)輸 平臺(tái)。不論是下部平臺(tái)(如上海輕軌)，還是軌道交通中的懸掛式上部受力平臺(tái)(重慶輕 軌)，幾乎全部考慮采用梁體作為受力構(gòu)件，由橋墩等下部構(gòu)件支撐并傳遞荷載至基礎(chǔ)。這 類平臺(tái)中，因采用了大截面的鋼筋混凝土橋梁或鋼梁，導(dǎo)致梁體較大部分承載能力用于承 擔(dān)自身重量，大大降低了結(jié)構(gòu)或材料的使用效率。另一種架空的索道結(jié)構(gòu)中，索是在低應(yīng)力 狀態(tài)下拉動(dòng)轎箱一同移動(dòng)，平均速度在10km/h左右，運(yùn)輸效率低，多用于山區(qū)景觀線路中 爬升用交通。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明拋棄常規(guī)的交通運(yùn)輸平臺(tái)，提出一種全新的索軌高架(“弦索空中軌道平臺(tái) 高架”的簡(jiǎn)稱)，結(jié)合了軌道交通、預(yù)應(yīng)力拉索技術(shù)，并拋棄常規(guī)支撐受力平臺(tái)概念，直接利 用“索+軌道”的受力體系作為承載平臺(tái)。對(duì)高強(qiáng)鋼索預(yù)先張拉到相應(yīng)應(yīng)力狀態(tài)，即利用預(yù) 應(yīng)力技術(shù)減小索軌平臺(tái)自重及載重荷載作用下的下垂，并將縱向水平力傳遞至地面。通過 對(duì)載重荷載的合理分散布置和對(duì)特定速度的規(guī)定，在荷載作用下軌道平臺(tái)結(jié)構(gòu)的變形和振 動(dòng)可控制在允許范圍內(nèi)。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，索軌高架由下部支撐體系和上部索軌平臺(tái)組 成，所述下部支撐體系由若干縱向間隔布置的鋼結(jié)構(gòu)或者鋼筋混凝土制成的支撐組成，各 支撐固定于地面基礎(chǔ)并將索軌平臺(tái)架空，相鄰兩個(gè)支撐之間構(gòu)成一跨度單元，所述索軌平 臺(tái)為由上層軌道和下層預(yù)應(yīng)力弦索構(gòu)成的交通平臺(tái)，軌道與弦索之間通過若干豎向支撐桿 連接并實(shí)現(xiàn)索軌平臺(tái)的預(yù)拱度，整個(gè)索軌高架主體縱向由若干跨度單元組成，索軌高架首 尾兩端由預(yù)應(yīng)力弦索通過錨碇錨固于地面。本發(fā)明還提供一種專用于該弦索空中軌道平臺(tái)上行走的軌道行車，該軌道行車帶 有特制輪盤，該輪盤與下部軌道相咬合。進(jìn)一步還可以采用降低行車重心、特制車體上增設(shè) 掛鉤結(jié)構(gòu)、分散行車荷載手段來保證行車安全。本發(fā)明去除了目前橋梁設(shè)計(jì)中的主要荷載即橋梁截面的混凝土自重，僅利用高強(qiáng) 鋼材來受力，用弦索軌道作平臺(tái)，充分發(fā)揮材料的性能。由于上部結(jié)構(gòu)大大減輕，基本上只 有機(jī)車及載重荷載，索軌自重比例較小，從而也大大減小對(duì)下部支撐體系結(jié)構(gòu)的受力作用， 利用少量鋼結(jié)構(gòu)或混凝土墩柱即可實(shí)現(xiàn)對(duì)上部結(jié)構(gòu)及荷載的支撐。相對(duì)于使用荷載，本發(fā) 明的結(jié)構(gòu)自身重量幾乎可以忽略，節(jié)省了大量鋼材，甚至可以不使用任何混凝土，從而實(shí)現(xiàn) 經(jīng)濟(jì)、環(huán)保和低碳運(yùn)行。本發(fā)明索軌平臺(tái)是以索結(jié)構(gòu)來支撐運(yùn)輸荷載，其結(jié)構(gòu)屬于索結(jié)構(gòu)體系，這完全區(qū)別于現(xiàn)有的以常規(guī)橋梁為平臺(tái)的軌道交通。但本發(fā)明索軌平臺(tái)原理又完全不 同于現(xiàn)有的索道結(jié)構(gòu)，現(xiàn)有的索道中索是在低應(yīng)力狀態(tài)下拉動(dòng)轎箱移動(dòng)，平均速度在IOkm/ h左右，且載量有限，運(yùn)輸效率低，只適用于景區(qū)或?qū)\(yùn)輸量不高的條件下使用。本發(fā)明其他方面的有益效果1、本發(fā)明運(yùn)輸平臺(tái)在城市內(nèi)沒有如高架橋梁對(duì)光線的影響，可實(shí)現(xiàn)無陰影或少陰 影；僅需下部支撐著點(diǎn)處的少量占地面積，下方可實(shí)現(xiàn)場(chǎng)地?zé)o障礙使用，從而減少拆遷量。 在山區(qū)或非居住區(qū)域，則可實(shí)現(xiàn)對(duì)耕地幾乎零占用和影響。2、因其交通平臺(tái)結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單，其施工速度快，尤其是山區(qū)更有利于推廣。3、本發(fā)明交通方式適應(yīng)性強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)大、小跨度和坡度的高效率運(yùn)輸。4、通過車輛荷載按照軌道受力要求的相應(yīng)布置，可實(shí)現(xiàn)大跨徑、高速的運(yùn)輸效率， 可達(dá)300km/h左右的速度。


圖Ia主視圖為以兩個(gè)跨度單元為例的索軌高架縱向示意圖(其中F_主纜拉力 及錨固力，P-行車荷載，T-豎向支撐桿壓力，N-下部支撐反力)圖Ib為圖Ia俯視Ic為圖Ia中的橫截面橫向剛度框架結(jié)構(gòu)示意圖(其中A-A處跨度單元內(nèi)橫 截面及荷載傳遞示意圖，B-B相鄰跨度交界處的橫截面及荷載傳遞示意圖)圖Id帶行車的索軌高架橫截面示意2a常規(guī)的鋼桁架結(jié)構(gòu)示意(除必須的下部支撐頂部橫梁13外，鋼桁架結(jié)構(gòu)中 需要根據(jù)受力和穩(wěn)定性設(shè)置其他橫向支撐及斜向支撐)圖2b常規(guī)的混凝土門架式(其中下橫梁14是根據(jù)支撐立柱的高度影響其穩(wěn)定 性的情況下考慮設(shè)置)圖3為下部支撐結(jié)構(gòu)可能的幾種受力形式所對(duì)應(yīng)力的簡(jiǎn)化受力圖式圖4豎向支撐桿與軌道、弦索和下部支撐之間連接限位裝置示意圖(圖4a 夾套 式，b 焊縫式，c 增加了索鞍部件)圖5為特制車輪4結(jié)構(gòu)示意6為特制車輪的限位掛鉤裝置結(jié)構(gòu)示意7示意了一跨度單元范圍內(nèi)軌道和索隨荷載的位移變化，未畫出豎向支撐桿標(biāo)記說明1-下部支撐體系，11-下部支撐頂部預(yù)埋件(即索軌平臺(tái)連接平面)， 12-主柱，13-下部支撐頂部橫梁，14-混凝土門架式下橫梁，2-索軌平臺(tái)，21-預(yù)應(yīng)力弦索， 22-鋼軌，23-豎向支撐桿，231-上夾套，232-豎向支撐主桿，233-豎向支撐桿端部支撐板， 234-豎向撐桿端部加強(qiáng)板，235-連接及固定螺桿，236-索下支撐板，237-焊縫，238-索鞍， 24橫向支撐桿，241-軌道橫向支撐，242-弦索橫向支撐，4-機(jī)車，41-輪盤，411-外輪緣， 412-內(nèi)輪緣，42-車軸，431-外掛鉤，432-內(nèi)掛鉤
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步說明。如圖Ia至圖Id所示，本發(fā)明索軌高架已沒有常見的橋梁平臺(tái)，該索軌高架由下部支撐體系1和上部索軌平臺(tái)2組成。所述下部支撐體系由若干縱向間隔布置的鋼結(jié)構(gòu)或者 鋼筋混凝土制成的支撐組成，各支撐固定于地面基礎(chǔ)并將索軌平臺(tái)架空，相鄰兩個(gè)支撐柱 之間構(gòu)成一跨度單元。索軌平臺(tái)2為由上層軌道22和下層預(yù)應(yīng)力弦索21構(gòu)成的交通平 臺(tái)，軌道與弦索之間通過若干豎向支撐桿23連接并實(shí)現(xiàn)索軌平臺(tái)的預(yù)拱度，并通過若干橫 向支撐桿24將兩側(cè)索和軌道連接。整個(gè)索軌高架主體縱向由若干跨度單元組成，索軌高架 首尾兩端由預(yù)應(yīng)力弦索通過錨碇錨固。荷載傳遞到索軌平臺(tái)的軌道上，利用軌道、預(yù)應(yīng)力弦 索及將兩者間的豎向支撐桿形成的空間結(jié)構(gòu)，豎向支撐桿將荷載傳遞給預(yù)應(yīng)力鋼索，柔性 弦索通過自身張力作用平衡其上部荷載，并將豎向荷載傳遞給一定間距的門架式支撐，而 索自身的張力則通過首尾兩端設(shè)置的錨固點(diǎn)傳遞到錨碇。當(dāng)整個(gè)索軌高架的跨度過大影響 到結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性時(shí)，根據(jù)行車載荷的設(shè)定，可借助豎向和橫向的空間輔助索來加強(qiáng)實(shí)現(xiàn)結(jié) 構(gòu)的穩(wěn)定。必要時(shí)，預(yù)應(yīng)力索可以在索軌高架的跨度間采用搭接方式使弦索張力正常傳遞 并平衡縱向拉力。全路程高架路線是由若干個(gè)索軌高架銜接起來，以適應(yīng)路程和路徑設(shè)定。如圖Ia至圖Id所示，索軌平臺(tái)2包括有兩股并行的預(yù)應(yīng)力弦索21和兩根并行排 列的鋼軌22，兩根并行排列的鋼軌分別正位于兩股并行的預(yù)應(yīng)力弦索之上，上方的鋼軌與 正下方弦索之間通過若干縱向間隔布置的豎向支撐桿23固定連接，索軌平臺(tái)橫向還設(shè)置 有橫向支撐桿24用于限制索軌平臺(tái)橫截面橫向間距并形成框架結(jié)構(gòu)。上述索軌平臺(tái)自身結(jié)構(gòu)輕，為保證縱向行車的穩(wěn)定，可利用預(yù)應(yīng)力索張拉力來調(diào) 整不同荷載作用下索軌平臺(tái)結(jié)構(gòu)的縱向行車穩(wěn)定。為保證橫向行車穩(wěn)定，需要在橫向截面 形成一定剛性框架結(jié)構(gòu)，如圖Ic所示，該橫截面受力示意圖上的實(shí)心圓點(diǎn)表示剛性連接節(jié) 點(diǎn)。根據(jù)受力要求需要，索與下部支撐連接處的空心圓點(diǎn)可設(shè)計(jì)為絞節(jié)點(diǎn)連接或可滑動(dòng)式 連接，下部支撐與基礎(chǔ)連接的半實(shí)心圓點(diǎn)可根據(jù)受力要求設(shè)計(jì)為剛性連接或絞節(jié)點(diǎn)連接。 在荷載作用下截面上會(huì)產(chǎn)生彎矩、剪力，甚至因荷載重心不對(duì)稱及動(dòng)載作用下產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)。該 剛性框架結(jié)構(gòu)能整體形成一定抗扭能力，利用橫向支撐桿和豎向支撐桿保證兩側(cè)索和軌道 受力同步，并較好的向下部支撐傳遞荷載，從而保證索軌平臺(tái)橫向穩(wěn)定。如圖7示意了分別在自重、最小載重、最大載重情況下，本發(fā)明軌道22與弦索21 軸線發(fā)生的變化。由于軌道與索間有較多豎向支撐(注圖中沒有畫出軌道與索間的豎向 支撐桿)，從而保證了軌道、弦索兩者軸線變形相同。荷載布置進(jìn)行分散設(shè)計(jì)即可保證在最 小及最大載重情況下索軌平臺(tái)結(jié)構(gòu)的縱向行車穩(wěn)定。所述預(yù)應(yīng)力弦索21采用抗拉強(qiáng)度為1860MPa的高強(qiáng)鋼絲或高強(qiáng)鋼絞線，或更高強(qiáng) 度的材料，其設(shè)計(jì)強(qiáng)度根據(jù)安全等級(jí)可取0. 5 0. 6倍抗拉強(qiáng)度。索的用量即索的總截面 積決定了可施加的索力，所需施加的索力決定于其上部荷載、整個(gè)索軌高架的結(jié)構(gòu)跨度、變 形情況和行車穩(wěn)定等多方面來計(jì)算(該內(nèi)容屬于本領(lǐng)域內(nèi)常規(guī)技術(shù)，非本發(fā)明對(duì)現(xiàn)有技術(shù) 作出的貢獻(xiàn))。結(jié)構(gòu)安全方面，主要是擔(dān)心結(jié)構(gòu)的破壞，而這是通過設(shè)計(jì)過程中，將高強(qiáng)預(yù)應(yīng) 力索取一定安全系數(shù)，即設(shè)計(jì)時(shí)可保證結(jié)構(gòu)在最大使用荷載下，其索的應(yīng)力狀態(tài)只占其極 限應(yīng)力的50 60%，如果追求經(jīng)濟(jì)性可達(dá)到70%極限應(yīng)力。如果要求追求極高安全性，可 通過增加輔助索來實(shí)現(xiàn)更高的安全系數(shù)。而且索是分開錨固，并可實(shí)現(xiàn)更換，可對(duì)索進(jìn)行檢 查更換，從而提高結(jié)構(gòu)的使用壽命。所述軌道22是支撐行車荷載和保證車輪平順滑行的重要構(gòu)件。可采用現(xiàn)有的鋼 軌或重新設(shè)計(jì)軌道面的形式實(shí)現(xiàn)。其軌距根據(jù)需要來設(shè)置，如當(dāng)需要與地面鐵路或軌道交通銜接時(shí)，則可取現(xiàn)有機(jī)車的輪距，當(dāng)需要采用既有的汽車改造作為機(jī)車的，只需要根據(jù)改 造后車的車輪距來設(shè)置。所述豎向支撐桿23是支撐索上部軌道的重要構(gòu)件，其功能是將索21與軌道22間 形成較好的固定，避免預(yù)應(yīng)力索21與軌道22的相對(duì)位移，同時(shí)傳遞軌道21上方荷載給索 21，并借助索力調(diào)整軌道預(yù)拱度。豎向支撐桿包括豎向支撐主桿232和豎向撐桿底板233， 豎向支撐主桿232上端通過設(shè)有上夾套231 (如圖4a所示)或采用焊縫237 (如4b所示) 實(shí)現(xiàn)與軌道22連接并保證很好地傳遞軌道上的車載負(fù)荷以及縱向沖擊力和制動(dòng)力等水平 力，豎向支撐主桿232下端采用螺栓235將豎向撐桿底板233與索支撐板236固定。豎向 支撐主桿232與底板233之間根據(jù)節(jié)點(diǎn)受力需要可以加強(qiáng)板234，目的使豎向支撐桿更好地 向索傳遞荷載?？缍葐卧獌?nèi)就是利用不同高度的豎向支撐主桿232來實(shí)現(xiàn)預(yù)拱度，保持車 輛在軌道行走時(shí)相對(duì)平順性，如圖Ia所示。在相鄰兩跨度單元交界處，當(dāng)索和軌道豎向間 距較小，豎向支撐主桿232相對(duì)變短。橫向支撐桿24的設(shè)置是為了保證兩軌道間距不變，緩解整個(gè)索軌平臺(tái)結(jié)構(gòu)的橫 向晃動(dòng)和變形，同時(shí)避免因索軌平臺(tái)縱向平面過高而引起的軌道翻傾，避免車輛脫軌。如圖 Id所示的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖，設(shè)置有軌道橫向支撐241和弦索橫向支撐242共兩層橫向支 撐桿，即在兩軌道22之間以及兩股索21之間分別設(shè)置橫向支撐24。為了進(jìn)一步增強(qiáng)整體 穩(wěn)定性，在橫截面軌道與索形成的框架中可考慮再增加交叉支撐。在相鄰兩跨度單元交界 處，當(dāng)索和軌道豎向間距較小，可將上述軌道橫向支撐241和弦索橫向支撐242構(gòu)成的兩層 橫向支撐桿合成一體，即采用一體式橫向支撐桿。將下部支撐體系1設(shè)計(jì)成鋼結(jié)構(gòu)支撐或者鋼筋混凝土支撐，皆為本領(lǐng)域內(nèi)成熟的 現(xiàn)有技術(shù)。鋼結(jié)構(gòu)支撐受力可按常規(guī)的鋼桁架結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析和設(shè)計(jì)，即各桿件只考慮 軸心受力性能，不考慮其抗彎能力，荷載的設(shè)計(jì)必須充分考慮下部支撐與基礎(chǔ)是固接還是 鉸接，支撐上部是否允許設(shè)計(jì)成索軌縱向滑移形式等情況，并需要充分考慮車輛動(dòng)載對(duì)索 軌平臺(tái)結(jié)構(gòu)受力的影響，尤其是制動(dòng)力和振動(dòng)等對(duì)受力和構(gòu)件穩(wěn)定的影響。不論采用鋼桁 架還是鋼筋混凝土門架，兩豎向支撐主柱12中心線應(yīng)盡量與行車輪距中心線相一致，從而 保證車輛荷載通過主要的受力構(gòu)件傳遞至基礎(chǔ)。下部支撐結(jié)構(gòu)結(jié)點(diǎn)受力形式，如圖3的四類形式。如圖a和b是下部固結(jié)，適用于 鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)下部支撐形式，其中a為上部允許索沿縱向滑動(dòng)的受力模型，而 圖b為上部索與下部支撐頂部預(yù)埋件11鉸接形式；圖c和d所示下部鉸接，只適用于鋼結(jié) 構(gòu)的支撐形式，上部分別為鉸接和縱向可滑動(dòng)形式。即鋼結(jié)構(gòu)根據(jù)受力特點(diǎn)可采用上述四 類形式，而鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)只能采用圖a和b兩類形式。上部結(jié)構(gòu)與下部支撐采用縱向可 滑動(dòng)或鉸接形式是根據(jù)結(jié)構(gòu)跨度布置和荷載設(shè)計(jì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形能力大小綜合決定(該內(nèi) 容屬于本領(lǐng)域內(nèi)公知常識(shí)，非本發(fā)明對(duì)現(xiàn)有技術(shù)作出的貢獻(xiàn)，本發(fā)明說明書不作公開)。由 于預(yù)應(yīng)力索有較大的水平力限制實(shí)際的水平位移量，保證了下部支撐結(jié)構(gòu)不會(huì)因?yàn)槠溷q接 形式的形成機(jī)構(gòu)而失穩(wěn)。如圖2a所示，下部支撐采用鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，若下部采用預(yù)埋件與基礎(chǔ)焊接固定形式， 根據(jù)受力計(jì)算，若荷載產(chǎn)生的水平力導(dǎo)致下部支撐與基礎(chǔ)焊結(jié)處受力過大，其支撐體系頂 部11應(yīng)設(shè)置允許索軌部分可沿縱向滑動(dòng)的索鞍結(jié)構(gòu)連接限位裝置，從而避免索在滑動(dòng)過 程中的損傷，同時(shí)可避免在下部支撐根部產(chǎn)生過大彎矩。當(dāng)荷載產(chǎn)生的水平力較小，對(duì)下部支撐與基礎(chǔ)焊結(jié)處受力安全無影響時(shí)，或者下部支撐與基礎(chǔ)預(yù)埋件之間采用了螺桿鉸接 時(shí)，則上部索軌結(jié)構(gòu)與下部支撐間僅需設(shè)置不可滑動(dòng)的鉸接形式的連接限位裝置，如圖4a 禾口 4b所示。如圖2b所示，下部支撐結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土支撐時(shí)，可采用常用高架橋梁的門架 式或框架結(jié)構(gòu)形式、鋼筋混凝土墩式支撐受力體系，相應(yīng)墩與基礎(chǔ)是固結(jié)。因其底部與基礎(chǔ) 連接固定，根據(jù)支撐柱下部受力彎矩大小是否導(dǎo)致下部截面產(chǎn)生過大拉應(yīng)力決定是否采用 頂部允許索軌可縱向滑動(dòng)形式或者鉸接形式的連接方式。當(dāng)彎矩過大時(shí)，頂部應(yīng)設(shè)置允許 索軌部分可沿縱向滑動(dòng)的索鞍連接限位裝置，保證索21可在下部支撐頂部承壓板238上沿 縱向滑動(dòng)，如圖4c所示，從而減小在縱向力(如制動(dòng)力)作用下對(duì)下部支撐產(chǎn)生的彎矩。當(dāng) 彎矩較小時(shí)，采用鉸接形式的連接限位裝置，如圖4a和4b所示。下部支撐與弦索間的定位與連接需要根據(jù)下部支撐的結(jié)構(gòu)形式和弦索軌道結(jié)構(gòu) 形式和安裝情況來設(shè)計(jì)，其功能是實(shí)現(xiàn)弦索軌道向下部支撐結(jié)構(gòu)傳遞荷載時(shí)保證下部支撐 的受力安全與上部軌道的平順性，即包括對(duì)弦索軌道的限位和將弦索軌道的荷載有效傳遞 到下部支撐結(jié)構(gòu)。除此外，還要根據(jù)弦索軌道的受力特點(diǎn)和移動(dòng)荷載特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)下部支撐結(jié) 構(gòu)和弦索軌道的受力均衡性及行車平順性。上部索軌結(jié)構(gòu)與下部支撐間的鉸接形式的連接 限位裝置如圖4a和4b結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)該裝置包括豎向撐桿底板233、索支撐板236和下部支 撐頂部預(yù)埋件11，采用螺栓235將豎向撐桿底板233、索支撐板236 二者一并固定，而索支 撐板236則與下部支撐主柱12頂部的預(yù)埋件11通過焊接或螺桿固定，預(yù)應(yīng)力索21整齊水 平置于豎向支撐底板233與索支撐板236之間，預(yù)應(yīng)力索21兩側(cè)的螺栓235實(shí)現(xiàn)對(duì)預(yù)應(yīng)力 索21橫向限位；同時(shí)，該兩側(cè)螺栓235對(duì)預(yù)應(yīng)力索21固定避免其縱向滑動(dòng)，即為鉸接形式。 豎向支撐主桿232與底板233之間根據(jù)索布置和受力要求設(shè)有一定的加強(qiáng)板234。通過該 連接限位裝置實(shí)現(xiàn)允許弦索21在豎向支撐定位桿23底板與下部支撐頂部之間的連接，同 時(shí)實(shí)現(xiàn)索21橫向限位固定，避免橫向滑脫。當(dāng)允許索可沿縱向滑動(dòng)形式的連接限位形式時(shí)，可采用類似橋梁中的索鞍實(shí)現(xiàn)， 即在如圖4c豎向支撐桿端部支撐板233與索支撐板236之間添加設(shè)置允許索滑動(dòng)的索鞍 238即可，避免索滑動(dòng)時(shí)的損傷，所述豎向支撐桿端部支撐板233、索支撐板236 二者通過螺 桿方式一并固定，并與預(yù)件11彩螺栓或焊接固定，由此索21可在豎向支撐桿端部支撐板 233和索支撐板236間沿縱向滑動(dòng)，并避免了橫向移動(dòng)。專用于上述索軌高架平臺(tái)2上的行車4，可以通過在普通的車體上替換安裝有特 制的輪盤41，該輪盤與現(xiàn)有技術(shù)中輪軌列車輪盤類似，能與下部軌道22相咬合，如圖5所 示，以避免輪盤橫向與軌道滑脫。進(jìn)一步改進(jìn)，特制輪盤的外輪緣411高于內(nèi)輪緣412，或者 高度相近，以防止脫軌，而現(xiàn)有軌道列車的輪盤輪緣常為“外低內(nèi)高”。也可以通過改造現(xiàn)有 車輛，將現(xiàn)有各種車輛更換相應(yīng)特制車輪，例如客運(yùn)車、貨運(yùn)列車、電氣化小汽車，由此推廣 具有巨大的經(jīng)濟(jì)意義，還能實(shí)現(xiàn)弦索空中軌道平臺(tái)與現(xiàn)有鐵路軌道的對(duì)接，進(jìn)一步提高經(jīng) 濟(jì)性和適用性。對(duì)于車輛行駛過程中的安全由于索軌間有許多橫向支撐桿，保證兩軌道距離不 變，因而機(jī)車不可能從兩平行軌道間掉下，主要擔(dān)心車輛荷載由于其重心過高，會(huì)因其結(jié)構(gòu) 的橫向晃動(dòng)而傾翻。首先，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)角度來解決，即在移動(dòng)荷載作用下降低車輛與軌道的 耦合動(dòng)力效應(yīng)，在設(shè)定的索軌高架跨度、弦索張力、車輛和載重分配的條件下，控制軌道動(dòng)、靜態(tài)變形量在規(guī)定范圍內(nèi)，從而保證車輛不至于出現(xiàn)過大的橫向位移而傾翻。另外從車輛 方面來解決，開發(fā)特制車輛，降低車輛重心、利用列車多點(diǎn)布置方式、對(duì)荷載進(jìn)行合理分配 等措施來保證車輛不出現(xiàn)傾翻。為進(jìn)一步提高車輛行駛的安全性，在行車4與軌道22間安 裝有相應(yīng)的限位掛鉤裝置，如圖6所示，以滿足適應(yīng)不同功能、不同安全級(jí)別的要求。該限 位裝置由內(nèi)外掛鉤(432，431)組成的剛性外套，整個(gè)車輪41及軌道工字上沿置于外套內(nèi)， 外套上部固定于機(jī)車車軀，下端伸入軌道上沿底部，從而避免車輛脫軌。對(duì)于行車的穩(wěn)定性由于本發(fā)明索軌平臺(tái)結(jié)構(gòu)柔的特點(diǎn)，靜載下結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生豎向 位移，結(jié)構(gòu)在機(jī)車移動(dòng)荷載下必然會(huì)出現(xiàn)上下(豎向)、左右(橫向)的晃動(dòng)，又由于受結(jié)構(gòu) 預(yù)拱和在跨度間的豎向支撐作用，行車會(huì)出現(xiàn)起伏式運(yùn)動(dòng)。受索軌平臺(tái)結(jié)構(gòu)輕的特點(diǎn)，結(jié)構(gòu) 在機(jī)車移動(dòng)荷載作用下必然會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)。本發(fā)明進(jìn)行了不同比例模型試驗(yàn)，包括1 15、 1 10和1 1模型試驗(yàn)。試驗(yàn)和分析表明，索軌高架在自重作用下，在25 50m的跨度 范圍內(nèi)，相對(duì)撓度為1/1600 1/800，絕對(duì)撓度只有1. 6 6. 3cm，這一撓度變形很容易利 用預(yù)拱形式保證在使用荷載下行車的平順性。試驗(yàn)和分析還表明，25 50m跨度承載3t左 右時(shí)，索軌平臺(tái)的動(dòng)態(tài)變形在IOmm左右。在對(duì)索軌平臺(tái)進(jìn)行一定處理基礎(chǔ)情況下(例如對(duì) 索軌高架跨度、預(yù)拱度、預(yù)應(yīng)力弦索左右張拉力對(duì)稱性進(jìn)行調(diào)整或者借助豎向和橫向的空 間輔助索)，弦軌振幅小于10mm，并于0. 1 Is后消失，當(dāng)車輛在一定間距情況下運(yùn)行時(shí)， 如按100km/h運(yùn)行速度需要保持前后車距IOOm左右，這一振幅和消失時(shí)間對(duì)后續(xù)車輛沒有 影響。若對(duì)荷載布置進(jìn)行特別設(shè)計(jì)，將5 IOt的力分散布置，同樣可達(dá)到上述效果。本發(fā)明為一全新交通運(yùn)輸系統(tǒng)，在解決了結(jié)構(gòu)受力與穩(wěn)定等性能后，采用相應(yīng)設(shè) 計(jì)，在系統(tǒng)內(nèi)加設(shè)供電系統(tǒng)支架和電源線，形成電氣化機(jī)車，結(jié)合機(jī)車、信號(hào)控制等相關(guān)產(chǎn) 品的開發(fā)，可形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈，成為交通運(yùn)輸行業(yè)的新型發(fā)展方向?？尚纬沙请H交通、城 市交通的次空中交通走廊，實(shí)現(xiàn)短、長(zhǎng)線路的貨運(yùn)專線。該結(jié)構(gòu)理論上可實(shí)現(xiàn)與輪軌式列車 速度相當(dāng)?shù)倪\(yùn)輸能力即可實(shí)現(xiàn)300km/h左右的速度，從而大大提高運(yùn)輸效率。根據(jù)線路的設(shè)計(jì)，索軌高架交通平臺(tái)可設(shè)計(jì)成多種形式與鐵路銜接式、現(xiàn)有汽車 改裝式、自驅(qū)動(dòng)式、電氣化機(jī)車方式，且可根據(jù)運(yùn)輸需求，設(shè)計(jì)成車列、單車、定時(shí)發(fā)車、點(diǎn)對(duì) 點(diǎn)無人駕駛等多種。機(jī)車使用靈活和適應(yīng)性強(qiáng)是本發(fā)明的重要優(yōu)點(diǎn)之一。當(dāng)需要實(shí)現(xiàn)高速 運(yùn)輸時(shí)，其車輛需要根據(jù)受力進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)，確保風(fēng)阻系數(shù)及輪軌間作用的可靠性。根據(jù)成本分析，本發(fā)明交通系統(tǒng)的造價(jià)約為800萬(wàn)元/km，只包括下部支撐體系及 弦索軌道平臺(tái)部分，不包括需要增加的20%機(jī)車部分(車輛、車站和車庫(kù))，分別是輕軌的 1/30 40，地鐵的1/50 80，而且不存在過多的對(duì)環(huán)境的影響和破壞。概括來說，該運(yùn)輸系 統(tǒng)具有造價(jià)低、速度高、性能高、低能耗、運(yùn)力高、成本低、土工小、環(huán)保好(材料消耗少、占 地少、噪音小、無陰影)、適應(yīng)廣(地形氣候不限，可用于城市交通、城際干線和貨運(yùn)專線)。
權(quán)利要求
一種索軌高架，其特征在于，由下部支撐體系和上部索軌平臺(tái)組成，所述下部支撐體系由若干縱向間隔布置的鋼結(jié)構(gòu)或者鋼筋混凝土制成的支撐組成，各支撐固定于地面基礎(chǔ)并將索軌平臺(tái)架空，相鄰兩個(gè)支撐之間構(gòu)成一跨度單元，所述索軌平臺(tái)為由上層軌道和下層預(yù)應(yīng)力弦索構(gòu)成的交通平臺(tái)，軌道與弦索之間通過若干豎向支撐桿連接并實(shí)現(xiàn)索軌平臺(tái)的預(yù)拱度，整個(gè)索軌高架主體縱向由若干跨度單元組成，索軌高架首尾兩端由預(yù)應(yīng)力弦索通過錨碇錨固于地面。
2.如權(quán)利要求1所述的索軌高架，其特征在于，所述索軌平臺(tái)包括有兩股并行的預(yù)應(yīng) 力弦索和兩根并行排列的鋼軌，兩根并行排列的鋼軌分別正位于兩股并行的預(yù)應(yīng)力弦索之 上，上方的鋼軌與正下方弦索之間通過若干縱向間隔布置的豎向支撐桿固定連接，索軌平 臺(tái)橫向還設(shè)置有橫向支撐桿用于保證兩軌道間距不變和受力同步。
3.如權(quán)利要求1或者2所述的索軌高架，其特征在于，所述豎向支撐桿包括主桿、豎向 支撐底板，主桿上端設(shè)有上夾套或采用焊縫實(shí)現(xiàn)與軌道連接，豎向支撐主桿下端采用螺栓 將豎向撐桿底板與索支撐板固定實(shí)現(xiàn)與弦索的固定連接。
4.如權(quán)利要求2所述的索軌高架，其特征在于，所述橫向支撐桿為一體式橫向支撐或 者該橫向支撐桿設(shè)置有軌道橫向支撐和弦索橫向支撐兩層橫向支撐桿，即在兩軌道之間以 及兩股索之間分別設(shè)置橫向支撐桿，從而形成矩形框架。
5.如權(quán)利要求4所述的索軌高架，其特征在于，在矩形框架內(nèi)再設(shè)置交叉支撐桿。
6.如權(quán)利要求1所述的索軌高架，其特征在于，當(dāng)整個(gè)索軌高架跨度因過大影響結(jié)構(gòu) 穩(wěn)定性時(shí)，根據(jù)行車載荷的設(shè)定，借助豎向和橫向的空間輔助索來實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。
7.如權(quán)利要求1所述的索軌高架，其特征在于，所述下部支撐體系設(shè)計(jì)成鋼桁架結(jié)構(gòu) 支撐并與基礎(chǔ)固結(jié)或者鉸接，若索軌平臺(tái)荷載產(chǎn)生的水平力導(dǎo)致下部支撐與基礎(chǔ)焊結(jié)處受 彎矩過大，支撐結(jié)構(gòu)體系頂部設(shè)置允許索軌部分可縱向滑動(dòng)的索鞍結(jié)構(gòu)，保證索可在下部 支撐頂部承壓板上沿縱向滑動(dòng)；若荷載產(chǎn)生的水平力對(duì)下部支撐與基礎(chǔ)焊結(jié)處受力很小， 或者下部支撐與基礎(chǔ)采用鉸接方式時(shí)，在上部索軌結(jié)構(gòu)與下部支撐間采用不可滑動(dòng)的鉸接 方式。
8.如權(quán)利要求1所述的索軌高架，其特征在于，所述下部支撐結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)成鋼筋混 凝土支撐，鋼筋混凝土支撐柱與基礎(chǔ)之間是固結(jié)，當(dāng)鋼筋混凝土支撐柱下部受力彎矩過大 時(shí)，該支撐結(jié)構(gòu)體系頂部設(shè)置允許索軌部分可縱向滑動(dòng)的索鞍結(jié)構(gòu)，保證索可在下部支撐 頂部承壓板上沿縱向滑動(dòng)；當(dāng)鋼筋混凝土支撐柱下部受力彎矩較小時(shí)，在上部索軌結(jié)構(gòu)與 下部支撐間采用不可滑動(dòng)的鉸接方式。
9.如權(quán)利要求7或者8所述的索軌高架，其特征在于，所述不可滑動(dòng)的鉸接方式是通過 設(shè)置連接限位裝置實(shí)現(xiàn)，所述連接限位裝置包括豎向撐桿底板、索支撐板和下部支撐頂部， 采用螺栓將豎向撐桿底板、索支撐板和下部支撐頂部預(yù)埋件三者一并固定，預(yù)應(yīng)力索整齊 水平置于豎向支撐底板與索支撐板之間，預(yù)應(yīng)力索兩側(cè)的螺栓實(shí)現(xiàn)對(duì)預(yù)應(yīng)力索橫向限位， 同時(shí)，該兩側(cè)螺栓對(duì)預(yù)應(yīng)力索固定避免其縱向滑動(dòng)。
10.如權(quán)利要求9所述的索軌高架，其特征在于，在豎向支撐底板與索支撐板之間添加 設(shè)置索鞍即設(shè)計(jì)成可沿縱向滑動(dòng)形式的連接限位裝置。
11.一種專用于弦索空中軌道平臺(tái)上行走的軌道行車，其特征在于，軌道行車帶有特制 輪盤，該輪盤與下部軌道相咬合。
12.如權(quán)利要求11所述的軌道行車，其特征在于，特制輪盤的外輪緣高于內(nèi)輪緣，或者 兩高度相近。
13.如權(quán)利要求11所述的軌道行車，其特征在于，在行車與軌道間安裝限位掛鉤裝置， 該限位裝置由內(nèi)、外掛鉤組成的剛性外套，整個(gè)車輪及軌道工字上沿置于內(nèi)、外掛鉤內(nèi)，剛 性外套上部固定于機(jī)車車軀，下端伸入軌道上沿底部。
14.如權(quán)利要求11至13任一所述的軌道行車，其特征在于，不論采用鋼桁架還是鋼筋 混凝土門架，兩豎向支撐主柱中心線應(yīng)盡量與行車輪距中心線相一致。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種索軌高架及其專用軌道行車，屬于交通運(yùn)輸技術(shù)領(lǐng)域。該索軌高架由下部支撐體系和上部索軌平臺(tái)組成，下部支撐體系固定于地面基礎(chǔ)并將索軌平臺(tái)架空，所述索軌平臺(tái)為由上層軌道和下層預(yù)應(yīng)力弦索構(gòu)成的交通平臺(tái)，軌道與弦索之間由若干豎向支撐桿連接，整個(gè)高架主體縱向由若干跨度單元組成，預(yù)應(yīng)力弦索首尾兩端利用錨碇錨固于地面。本發(fā)明同時(shí)公開專用于該弦索高架上行走的軌道行車，該軌道行車帶有特制輪盤。本發(fā)明是以索結(jié)構(gòu)來支撐運(yùn)輸荷載，相對(duì)于現(xiàn)有橋梁結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)自重幾乎可以忽略，從而大大節(jié)省了鋼材，甚至可以不使用任何混凝土，可達(dá)到輪軌式列車300km/h左右的速度，成為高效、節(jié)能和環(huán)保的交通運(yùn)輸方式。
文檔編號(hào)E01D19/12GK101935978SQ20101025400
公開日2011年1月5日 申請(qǐng)日期2010年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月16日
發(fā)明者吳培峰, 李方元 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)