悬挂式单轨交通轨道梁结构设计研究

何欢

摘  要：悬挂式单轨交通系统是新型城轨交通形式，具有快速环保、建设周期短、地形适应能力好等优点。在发达国家应用广泛，我国悬挂式单轨交通研究处于起步阶段，相关设计规范有待完善。轨道梁是单轨系统的设计技术要点，设计规范的轨道梁断面结构，可为悬挂式单轨发展提供理论参考。收集国内外运营悬挂式单轨线路资料，提出悬挂式单轨桥梁结构形式。研究表明结构安全可靠性，为今后系统建设提供参考。

关键词：悬挂式单轨交通;轨道梁结构;工程设计

随着城市化进程推进，城轨交通以污染小等特点得到广泛应用，悬挂式单轨系统是可持续发展的城轨交通系统，具有安全节能等优势。悬挂式单轨系统结构由轨道梁与桥墩立柱组成，轨道梁设计需要满足经济性要求。轨道梁悬挂式单轨系统结构具有独特性，设计合理轨道梁结构对我国制定标准规范具有重要意义。

1.悬挂式单轨交通简介

悬挂式单轨交通车辆悬挂于立柱支撑空中箱轨梁下，车辆实心橡胶行走轮布置在薄壁箱梁内部空间^[1]。2002年德国杜塞尔多夫机场通行50km悬挂式单轨交通线，可实现双向行驶。悬挂式单轨交通有效缓解城市交通拥堵状况，车辆重心在走行面下方，其转向架等具有独特性，爬坡能力强。

悬挂式单轨交通系统组成与普通轨道交通系统相同，具有维修基地与机电设备，具体组成上与传统轨道交通系统不同，主要差异包括轨道梁与道岔结构。现营悬挂式单轨交通车体结构与传统城轨交通车辆相似，每辆车有两部转向架。轨道梁要承担车辆重量，轨道梁设计需考虑线路平面曲线等因素，轨道梁技术必须达到运行平稳，抵抗变形刚度^[2]。轨道梁系统支柱架设轨道梁柱是单轨交通系统的重量支撑，单轨车辆高度约2.6m，轨道梁体下方净高设置为9.5m，轨道梁是支撑车辆运行主要载体，常布置在城市交通主干道两侧。

单轨交通相比其他轨道交通形式具有乘坐舒适安全等特点。悬挂式单轨行走系统内嵌在封闭箱形轨道梁内，悬挂式单轨刹车性能优越，运行速度低于地铁，德国H-Bahn研发悬挂式单轨系统采用ATO，ATP可避免人为操作失误及追尾等事故。悬挂式单轨系统占地面积小，车站可沿道路中间绿化带设计，线路架设具有较强路面适应性。可利用现有空间道路资源。

2.悬挂是单轨交通轨道梁设计

随着城市规模的扩张，发展城轨交通系统可以有效解决城市交通问题。悬挂式单轨交通系统具有投资成本低等优点。近年来我国悬挂式单轨交通系系统快速发展，悬挂式单轨交通用于解决功能场馆等小循环系统交通问题，多条用于旅游观光，空中航线山区悬挂式单轨交通项目规划设计，目前山区缺乏轨道梁设计经验，需要对山区应用进行研究。

贵州雷山千户苗寨景区悬挂式单轨交通项目线路长7.92km，工程地处云贵高原斜坡地带，沿既有黄乌公路山体外侧敷设线路，存在不良地质影响。设计最大速度60km/h;车辆类型为3辆编组;轨道梁截面采用开口钢箱截面，通过悬挂构件连接转向架，箱顶确定内轮廓尺寸为1000mm宽×1250mm高。梁墩钢材采用Q345qD^[3]。轨道梁受构建局部稳定。截面高度受箱内车辆转向架构造限制，项目所处地形条件恶劣，提高标准跨径增加梁高，跨中梁过高会加大工程投资。梁部多为工厂预制，跨度要进行限定。

结合项目沿途山区公路转弯半径影响，项目不便采用节段运输现场拼装。结合运输限制等因素考虑，跨度对曲线半径适用范围为L=25m，L≤20m;80m>R≥50m，L≤16m.桥梁结构满足强度等要求。轨道梁采用加劲肋结构。顶板厚度24mm，跨度12-35m等高度梁，跨度为35m，钢梁最大应力满足要求。跨度为30m满足要求，梁场预制节段运输。

3.山区桥墩结构设计

跨越山区冲沟，25m最大标准跨度无法满足要求，需研究大跨度梁。通过建立模型研究梁高与变形关系。轨道梁刚度随着板厚的增加。模型M4-4竖向挠度满足L/100最大允许值，应注意板厚合理调整。可适当优化腹板厚度。轨道梁钢立柱分为Y型，门墩式等墩型，双线段采用Y型，道岔区段可采用门墩式。

悬挂式单轨系统是城轨系统的重要分支，具有适应地形能力强，环境友好性等特点，交通系统在日本等国家得到很好的应用，我国目前设计制造及施工运营管理等方面缺乏成熟经验，悬挂式轨道交通承载体轨道梁起到牵引电网载体等作用，悬挂式单轨系统采用高架运行方式，轨道梁设计要满足承重导向要求，轨道梁要设计为底部开口箱型截面形式。悬挂式列车在轨道梁导向等方面有要求，要在两侧导向面设置超高，對轨道梁走行面设计超高才能满足车辆构造要求。

钢梁主采用现场吊装，单线墩柱头可与墩身在工厂制造;双线墩可采用柱头在工厂分开制造。项目高墩采用钢立柱组合墩型，墩高在8-22m，组合墩型可提高墩刚度。13m钢立柱桥墩需采用组合墩型;5-14m高砼立柱组合形式满足墩顶变形要求。钢立柱组合型桥墩，同高度砼立柱高。采用钢立柱放坡方式优于加大直径坡钢立柱截面尺寸方式。采用桥墩基础重心在同垂线上基础形式，由于基础承台重心存在较大偏差，影响设计主要因素是桩侧土最大设计应力。桩基可采用高桩基承台，桩基需设置支挡结构。

结语

本文以悬挂式单轨交通工程为例，分析轨道梁桥安全可靠。设计方案具有可行性，达到工程结构成本最低目标要求。悬挂式单轨交通应重视列车行驶中平顺性，由于悬挂式单轨系统在我国处于研究探索阶段，我国对悬挂式单轨车辆轮轨关系未有明确要求，后续研究应在开通试验线进行系列车桥耦合系统运行状况实验。

参考文献

[1] 徐亮.悬挂式单轨交通轨道梁结构设计[J].北方交通，2021（01）：25-28.

[2] 曾永平， 悬挂式单轨交通系统轨道梁与道岔设计、制造及维护关键技术研究. 四川省，中铁二院工程集团有限责任公司，2020-06-03.

[3] 赵晓梅，吴琰，马骉.悬挂式单轨双线曲线轨道梁的设计研究[J].铁道标准设计，2021，65（01）：65-71.