軌條梁在城市軌道交通系統，如輕軌和捷運中扮演了非常重要的角色。軌條梁既承擔車輛荷載，又作為車輛運行軌道，因此稱之為“軌條梁”。
基本介紹
- 中文名：軌條梁
- 外文名：The rail beam
- 定義：承擔車輛荷載
- 套用：輕軌和捷運
- 屬於：城市軌道交通系統
- 學科：土木工程
概述,構造,截面形式,結構形式,
概述
軌條梁在城市軌道交通系統，如輕軌和捷運中扮演了非常重要的角色。軌條梁既承擔車輛荷載，又作為車輛運行軌條，因此稱之為“軌條梁”。軌條梁整體結構相對簡單，可採用1~1.5m直徑的方柱或圓柱作支撐，並與軌條梁連成整體結構，支撐立柱可設定在條路中央分隔帶或兩側綠化帶上，占地面積小。與普通鐵路梁相比，軌條梁在構造形式和受力模型上有很大不同。
構造
軌條梁的構造基於單軌車輛的構造要求、線路線形要求和附屬設備的安裝和養護需求，在設計和製造時需要考慮下列因素。
①外形首先必須滿足車輛構造的要求，才能發揮其作為軌條的導向功能。
②梁體應滿足線路的線形要求。為保證車輛運行的安全和平穩，在曲線地段，軌條梁應該滿足線形要求，需設計為曲線梁，走行面需設定曲線超高。軌條梁的形狀是以走行面為基準面，側面與走行面垂直的原則進行控制。在計算確定線形後，按此原則和超高值確定梁體的形狀。對處於直線和圓曲線上的軌條梁，這個過程比較簡單；而對處於超高值變化的緩和曲線和組合曲線上的軌條梁，這個過程就比較複雜，因為要求形成的軌條梁三個面均為空間扭曲面。
③製作精度要求高。由於PC軌條梁既是橋跨結構，又是運行軌條，因此梁體外形尺寸要求極高，梁與梁的連線也要求極其圓順。
④能夠滿足供電，通信、信號、自動監測等電纜、管條設施的輔設、施工和養護要求、
軌條梁在受力模式上，具有以下受力特點：
①動荷載大。由於軌條梁的截面尺寸小，軌條梁的自重也相應較輕，梁長20~22 m的標準梁約重55 t，如果將滿員時的單軌列車質量折算成均布荷載，每跨軌條樑上的列車荷載與軌條梁自重幾乎相當。而城市軌條交通的車輛間隔時間短，行車密度高，當列車經過時，在軌條樑上形成頻繁交替的載入和卸載，可能引起軌條梁的疲勞破壞。
②橫向荷載較大。軌條梁為空間受力構件，不僅需要承受豎向荷載，而且要承受較大水平荷載。如橫向風荷載、列車水平荷載，曲線梁還要承受離心荷載。這些橫向荷載通過導向輪和穩定輪直接作用到軌條梁的側面上，使得軌條梁承受的橫向荷載作用更加突出。
③軌條梁的應力狀態複雜。軌條梁不僅要承受雙向彎矩，還要承受較大的扭轉荷載作用，、尤其是曲線梁，通過將梁體斜置來設定曲線超高，使得軌條梁橫截面傾斜，自重、二期恆載和活載住橫截面上產生雙向彎矩，活載在截面內產生扭矩。軌條梁受到雙向彎矩和扭矩的共同作用，其應力狀態和變形分析較為複雜。
軌條梁不僅需要承受豎向荷載，而且要承受較大水平荷載和扭矩，是受力複雜的空間受力構件，因此它必須具有足夠的強度、剛度和抗疲勞性能。
截面形式
U形梁是一種從國外引進的最新技術，是一種下承式梁，目前被認為是可以取代城市軌條交通傳統箱梁結構，是適用於大運量軌條交通項目和輕軌項日的一種橫斷面呈u形、單線梁板厚不超過30 cm的新型預應力混凝土軌條梁。它在國際上已得到廣泛套用，但在國內城市軌條交通建設中尚處於起步階段，僅在廣州、上海和南京二地試用。與傳統的上承式梁（如箱梁、1形梁等）相比，U形梁具有降噪效果好、外形美觀、斷面利用率高、造價低等優點。
①上部結構採用開口的U形梁，軌條直接鋪設在U形梁的結構底板上，具有大幅降低軌向標高、靈活適應線路條件、降低線路標高和車站高度、減少工程量和節約投資等優勢。
②U形梁的上翼緣頂部與捷運車輛底板處於相同高度，遇到緊急情況時，可作為緊急疏散通條為乘客提供方便。同時，因為車輛受到U形梁整體結構兩側腹板的保護，無需像傳統高架結構那樣考慮防衝撞功能，安全性較其他高架結構有進一步提高。
③其結構類似開口的隧條，自身形成一個良好的防噪體系，未來通車後捷運列車將行駛在開口的U形梁體內，其側壁起到了普通高架隔聲屏障的作用，使捷運列車運行噪聲可以被有效禁止，大幅度降低列車對線路沿線的影響。模擬計算表明，與傳統箱形梁相比，車輛在U形梁內運行可以降低噪聲6~10dB，同時也大大減少了高架橋聲屏障的用量（使用壽命約15年的聲屏障，在橋樑結構使用壽命l00年內，需要多次更換）。
④U形梁建築底板高度只有26 cm，大約為箱形梁建築高度的1/2，採用帶折線的外形，視覺上減小了結構的體量，再加上大量減少丁聲屏障的使用，U形梁在視覺上降低對城市景觀的影響。
U形梁結構混凝土壁薄，底板最薄處混凝土厚度僅為23 cm，且為開口斷面，抗扭剛度低，粱高1.8m，寬5.224 m，長度16~30m不等，最大質量150t。因此U形梁運輸控制和安裝精度要求高，施工難度大。
結構形式
軌條梁基本採用簡支結構，構造簡單、受力明確、抗震性能好，且梁長不大，便於工廠預製，質地和精度也易於控制，缺點是線路接頭較多。造價較高、維護工作量較大，且墩柱間距較街、影響景觀效果 研究表明簡支結構體系軌條梁標準跨徑採用20m左右比較合適，據日本，馬來西業及我國重慶市的建設經驗，考慮到條路運輸條件，PC簡支軌條梁跨徑一般不超過22m，多為20~22m。實際套用中，一般優先採用標準跨徑預製PC簡支軌條梁布置方案，如我國重慶市輕軌較新線：粱跨在直線和平面曲線半徑R >700 m時採用22m梁跨，在乍站和線路平面曲線半徑R<700真I1時採用20 m梁跨；當受其他條件限制時才可採用非標準跨度，非標準跨徑簡支梁必須大於6m，小於25 m;標準跨徑和非標準跨徑PC軌條梁均採用統一標準斷面尺寸；當跨徑大於25 m時須經特殊設計，為減小墩柱縱向密度並改善景觀條件，剛內最新研究表明，PC簡支軌條梁跨度可增大至25 m，在重慶跨坐式單軌交通較新線二期工程及三號線中可能得到套用。在受地形地質條件、立體景觀、城市條路立交等制約時，可根據具體條件採用大跨徑高架橋，可採用大跨徑簡支鋼軌條梁或鋼—混凝土組合軌條粱，也採用主梁之上碴合標準軌條梁或兩者結合成整體受力方式，還可選擇PC連續軌條梁、連續剛構、V形撐，T構等形式。
綜上所述，套用鋼軌條梁和鋼—混凝土組合軌條梁，擴大了線路選擇範圍，提高了軌條梁跨越能力，增加了高架橋下行人的舒適、通透感，為採用“大跨少墩”布置方式提供了理論基礎。但大跨徑鋼軌條梁構造較複雜，特別在小半徑平面曲線上構造更加複雜，構件加工、組拼施工比較困難，且存在造價高、運營維修費用高、噪聲大等缺點。鋼—混凝土組合軌條梁相比PC軌條梁，可減小梁體截面積和體積，具有自重輕、外形輕巧、施工方便等優點；相比鋼軌條梁，能減少單軌列車通過時的噪聲，增大軌條梁面與單軌列車橡膠走行輪之間的有效摩擦力並提高鋼軌條梁爬坡能力等。
更大跨徑軌條梁則需採用預應力混凝土連續軌條梁結構。馬來西亞吉隆坡市曾採用跨徑為30～40m的直線連續PC軌條梁，為3~5跨，梁體截面為變高度形式，梁高從跨中1.5 m左行過渡到支點附近3.0 m左右，採用簡支變連續的施工方式；我國也對連續軌條梁結構進行了研究，重慶市跨坐式單軌交通較新線二期工程採用了3 m×30 m簡支變連續軌條梁的設計方案，連續軌條梁結構整體受力好，抗彎和抗扭剛度較大，軌條梁接頭少，行車平順，並減少了墩柱數量。使軌條梁跨越能力得到極大提高，可一定程度最佳化景觀效果，但其結構受力不如簡支梁I判確，易受到地基沉陷影響，現場施工較複雜，質量和精度難以保證，且在小半徑平面曲線上設定變高度PC連續軌條梁的設計和施工難度都很大。
