一种∪∩型真空管道梁

技术领域

本发明属于真空管道磁悬浮交通系统领域，尤其是涉及一种∪∩型真空管道梁。

背景技术

对于高速运行的大众交通工具而言，无论飞机还是高铁，其运行的主要阻力都是空气阻力，空气阻力限制了速度的提升，也形成了巨大的能耗，为了提升运行速度人们早已提出了真空管道+磁悬浮的概念。为了降低车辆运行的空气阻力，将车辆封闭在真空管道内运行以消除空气阻力，并且，以磁悬浮技术替代轮轨技术来消除机械摩擦阻力，即在列车上安装强磁体，在轨道上安装电气线圈，依靠强磁体与电气线圈之间的电磁作用力来提供列车运行所需要的悬浮力、导向力、牵引力和制动力。

所谓真空管道，实际上并不是绝对的真空状态，而是有一定的密度的空气存在于管道之内的，车辆在管道内运行仍然存在空气动力学作用，而且考虑到真空管道的建设成本，管道的断面积不可能比列车的断面积大的太多，这样列车在管道内高速运行时存在“阻塞”效应(业内将列车的断面积与管道的断面积之比称为阻塞比)。阻塞效应的存在使得列车载真空管道内运行时受到较大的空气阻力，并且列车运行速度较高时在列车前方对空气进行压缩从而产生热量。磁悬浮列车技术取消了车轮和钢轨，消除了机械摩擦，但是需要在轨道上安装电气线圈，而电气线圈在通电工作过程中会发热。在真空管道中由于空气密度极低，对流散热性能极差，由于气动加热和线圈发热致热量累计，从而致使列车、管道及安装在管道上的电器线圈温升，不仅恶化其工作性能，而且缩短其使用寿命。

其次，真空管道的内外存在一个大气压强的压差，每平方米面积上大约10t，这是一个非常大的载荷。真空管道的强度设计除了要考虑传统轨道的垂向载荷之外，还必须考虑压差载荷，巨大的空气压差载荷会在真空管道的局部区域形成拉伸应力，而工程上大批量使用的混凝土能够承受较大的压应力但是几乎不能承受拉伸应力。

再次，磁悬浮列车上装载有强磁体，强磁体随着列车高速运行会在其临近的金属体内形成涡流，从而对列车的高速运行形成阻力。

此外，真空管道的气密性越好维持管道内真空状态所需要的能耗也就越低，所以除了上述对真空管道的散热、强度、涡流等要求之外还要求较高的气密性能。

目前，真空管道交通在世界范围内尚未能成熟地工程化实施与应用。从国内外有关资料披露的技术方案来看，参见图1所示，其基本结构特征为采用整体圆管结构，轨道建筑在圆管内的底部或顶部。这种整体圆管结构的真空管道能够非常有效地应对大气压差导致的载荷，且真空管道的气密性能也很好。

例如：中国专利CN1111123C、CN102361775A、CN107176173A等都公开整体圆管结构的真空管道。

但是，现有结构的真空管道存在以下几个技术缺陷：

1)现有真空管道没有充分发挥混凝土材料和钢材的强度性能。车辆在真空管道内运行时对管道的作用载荷主要为垂向，这就要求管道断面在垂向上有很高的抗弯刚度，水平方向则不需要太高的刚度，而现有方案的整体圆钢管在垂向和水平方向的抗弯能力是相同的，很不合理。另外，混凝土部分的断面几何形状因为受到圆管的限制而不能设计太高，更多的材料分布在水平方向上，造成这种管道的垂向刚度不足，水平刚度有余，材料强度性能没有充分利用。

2)在高架桥路段施工困难。现有真空管道在使用时是做成几十米长的一段，用架桥设备安装在高架桥上，整体圆管结构的管道上侧为圆弧状，并且只有一层钢板，无法承受架桥机自重，所以这种真空管道的工程施工难度大，带来建造成本高的问题。

3)现有真空管道建造的线路占地面积大。因为圆管的横向和垂向尺寸相同，为了增加抗弯垂向刚度，必须增加圆管的直径，横向尺寸的增加加大了这种真空管道线路的占地面积，造成建线成本的增加。

4)现有真空管道没有考虑如何混凝土部分的结构化设计，轨道侧壁厚度和轨底厚度都采用实体钢筋混凝土，从而增加了混凝土的用量，增加了成本。

5)现有真空管道没有考虑线圈部分的散热设计，电气线圈安装的轨道侧壁厚度太大，而混凝土本身导热性能不良，长时间使用会导致线圈温度升高，进而影响到线圈的绝缘性能和使用寿命；

6)现有真空管道若要减小阻塞比的话，只能通过增加混凝土中钢筋大圆管的直径，从而增加了自重和管道的占地面积，进而增加了建线成本；

7)现有真空管道的管壁距离列车上安装的强磁体距离较近，而整体管道考虑承载设计要求，其管壁厚度较大，管道若采用钢材等导电材料制成的话，列车高速运行时会产生较大的涡流阻力，运营经济性不好；

8)现有真空管道非常不利于事故救援，当列车运行中发生故障或事故时这种整体管道无法打开，无法起吊事故车辆。

发明内容

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种∪∩型真空管道梁。可有效解决整体圆管管道的各种缺点。

为解决上述第一个技术问题，发明采用如下的技术方案：

本发明一种∪∩型真空管道梁，包括上部的∩型管道盖和下部的∪型轨道梁；

所述∪型轨道梁包括左侧壁、右侧壁和轨底；

所述∪型轨道梁的左侧壁和右侧壁的上端面靠近边缘处设有密封连接槽；

所述上部的∩型管道盖的下端部与∪型轨道梁的左侧壁和右侧壁上端面上的密封连接槽匹配紧密扣合，形成中空的管道。

作为本发明技术方案的进一步改进，所述∪型轨道梁的左侧壁和右侧壁的内侧壁上设有电气线圈。

优选地，所述∪型左侧壁的外侧面和内侧面相互平行；所述轨底的上表面和下表面相互平行，并且与左侧壁和右侧壁的内外表面相互垂直。优选地，所述左、右侧壁和轨底过渡处为圆弧过渡或斜边过渡。由于左右侧壁与轨底的内侧面和外侧面均呈现为“∪”型，构成了本发明的∪∩型的“∪”部分。

优选地，所述∪型轨道梁的外表面包覆外壳层，该外壳的材质为具有较好机械强度、耐大气腐蚀性和气密性能好的金属或非金属材料；例如耐候钢、不锈钢、玻璃纤维、或碳纤维复合材料。

优选地，所述外壳层的内侧设置有金属钉或其它突出物，以增强外壳层与管道梁的受力整体性。

作为本发明技术方案的进一步改进，所述∪型轨道梁的左侧壁和右侧壁厚度为20-150cm；所述轨底的厚度为30-200cm。优选地，所述∪型轨道梁的左侧壁和右侧壁厚度为60cm；所述轨底的厚度为80cm。

优选地，所述的∪型轨道梁的左侧壁、右侧壁和/或轨底内设有空腔。这种结构可以降低混凝土材料的使用量，能降低钢壳混凝土轨道梁的成本。

优选地，所述左侧壁、右侧壁设置1-2个空腔；所述轨底设置1-3个空腔；优选地，左右侧壁上设置1个空腔，轨底设置3个空腔。

优选地，所述左侧壁、右侧壁和轨底的空腔通过外联通孔与真空管道内联通；所述左侧壁、右侧壁和轨底之间的空腔通过内联通孔联通。

作为本发明技术方案的进一步改进，所述∩型管道盖截面上部分呈半圆形，下部分呈竖条状。由于管道盖的内外侧面均呈现为“∩”型，构成了本发明的∪∩型的∩部分。

优选地，所述∩型管道盖所使用板材厚度为5-30mm；且∪型轨道梁外壳层的厚度为∩型管道盖所使用板材厚度的1/5-1/2。

优选地，所述∩型管道盖采用耐候钢或不锈钢或其它具有一定机械强度和气密性能的材料。

优选地，所述∩型管道盖的外表面沿轨道梁的纵向间隔设置加强肋。

优选地，所述∩型管道盖顶部设置一条加强肋。

优选地，所述∩型管道盖的左右两侧间隔设置透视窗口。

优选地，所述透视窗口可以采用双层透视玻璃，和/或在窗口的下侧设置防护钢板。

作为技术方案的进一步改进，所述上部的∩型管道盖的下端部与∪型轨道梁的左侧壁和右侧壁上端面之间通过螺栓进行连接，螺栓预埋在下部轨道梁的左侧壁和右侧壁之中；或所述上部的∩型管道盖的下端部与∪型轨道梁的左侧壁和右侧壁上端面之间通过焊接进行连接。

优选地，所述∩型管道盖的下端部与∪型轨道梁的左侧壁和右侧壁上端面之间设置密封垫；优选地，所述密封垫采用橡胶材料。。

本发明所记载的任何范围包括端值以及端值之间的任何数值以及端值或者端值之间的任意数值所构成的任意子范围。

如无特殊说明，本发明中的各原料均可通过市售购买获得，本发明中所用的设备可采用所属领域中的常规设备或参照所属领域的现有技术进行。

与现有技术相比较，本发明具有如下有益效果：

1)本发明外包壳混凝土轨道梁断面呈现∪型，有效地提高了断面的抗弯模量(垂向)，达到同样抗弯刚度时，这种断面能够减少钢筋混凝土等材料用量，有利于降低真空管道成本。

2)本发明∪型外包壳混凝土轨道梁能够很好地解决单纯混凝土梁的气密性问题，同时，由于外层壳距离列车上安装的强磁体距离较远，即使采用金属材料时其涡流阻力很小，而采用非金属材料时则没有涡流阻力。

3)本发明∪型外包壳混凝土轨道梁的外壳层与混凝土共同构成承载结构，并且由于外壳层处于轨道梁的外侧，承担由大气压差作用导致轨道梁外侧面产生的拉伸应力，有效地解决了大气压差导致的结构强度问题。

4)本发明∪型外包壳混凝土轨道梁的外壳层与钢筋混凝土紧密贴合，可以有效地将电器线圈的发热传导给钢筋混凝土、外壳层，进而散失到外界大气中。

5)本发明∪型外包壳混凝土轨道梁的轨底和/或侧壁设计为空腔结构，并且该空腔与真空管道相互连通，相当于提高了真空管道的断面积，降低了阻塞效应，从而降低了列车高速运行时产生的气动热以及降低了列车受到的气动阻力，同时降低了混凝土用量，降低了管道梁的成本。

6)本发明上部钢结构管道盖断面呈现∩型，这种断面能够有效地提高垂向的抗弯刚度，有利于降低上部钢结构的制造成本。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明

图1为现有技术中的真空管道结构的断面视图；

图2为本发明真空管道梁断面视图；

图3为本发明真空管道梁侧视图；

图4为本发明下部∪型轨道梁断面视图

图5为本发明一种侧壁和轨底带有空腔的∪型轨道梁断面视图；

图6为本发明另一种侧壁和轨底带有空腔的∪型轨道梁断面视图；

图7为本发明侧壁和轨底有联通孔的∪型轨道梁俯视图；

图8为本发明上部∩型管道盖断面视图；

图9为本发明带有透视窗的上部∩型管道盖断面视图；

图10为本发明带有透视窗的上部∩型管道盖侧面视图

图11为本发明下部∪型轨道梁与上部∩型管道盖之间的连接局部放大视图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

作为本发明的一个方面，参见图2、图3所示，本发明一种∪∩型真空管道梁，包括上部的∩型管道盖200和下部的∪型轨道梁100；

所述∪型轨道梁100包括左侧壁110、右侧壁120和轨底130；

参见图4所示，所述∪型轨道梁100的左侧壁110和右侧壁120的上端面靠近边缘处设有密封连接槽111、121；

所述上部的∩型管道盖200的下端部与∪型轨道梁100的左侧壁110和右侧壁 120上端面上的密封连接槽111、121匹配紧密扣合，形成中空的管道。

根据本发明的某些实施例，所述∪型轨道梁100的左侧壁110和右侧壁120的内侧壁上设有电气线圈170。

在现有技术中真空管道梁的左右侧壁有各种形状，其中以圆形、近似圆形或弧形等为主。根据本发明的某些实施例，本发明所述∪型轨道梁100的左侧壁110的外侧面和内侧面相互平行；所述轨底130的上表面和下表面相互平行，并且与左侧壁110 和右侧壁120的内外表面相互垂直。这种结构保证了整个∪型轨道梁的材料主要提供垂向刚度，有利于减少梁体的材料使用量。同时由于轨道梁的底部为平面状，可以非常方便地架设在桥墩上，降低了施工和架设难度，降低了建设成本。

根据本发明的某些实施例，所述左、右侧壁110、120和轨底过渡处为圆弧过渡或斜边过渡。

参见图2、图4-图6所示，根据本发明的某些优选实施例，所述∪型轨道梁100 的外表面包覆外壳层140，该外壳层140的材质为具有较好机械强度、耐大气腐蚀性和气密性能好的金属或非金属材料，例如不锈钢、玻璃纤维、或碳纤维复合材料；∪型轨道梁100为混凝土材质。可通过在外壳层140内浇注混凝土成轨道梁，从而形成混凝土外包壳的轨道梁，也即形成∪型外包壳混凝土轨道梁。可有效地解决单纯混凝土结构气密性能差的缺点，且外壳层能够承受比混凝土大得多的拉伸应力，克服了混凝土材料不能承受拉伸应力的缺陷。

参见图5、图6所示，所述外壳层140的内侧设置有金属钉150或其它突出物；本发明中所述∪型轨道梁100和其外的外壳层140之间的固定方式可以采用常规的剪力钉、剪力板等方式，根据本发明的某些优选实施例，所述外壳层140和∪型轨道梁 100通过固定设置在外层壳内侧的金属剪力钉150、金属剪力板或其它突起物而成为一个受力整体。这增加了内部混凝土∪型轨道梁100与外壳层140之间的结合强度，同时若采用金属剪力钉、金属剪力板的话还能够增加混凝土的导热性能。

根据本发明的某些优选实施例，所述∪型轨道梁100的左侧壁110和右侧壁120 厚度为20-150cm；所述轨底130的厚度为30-200cm；一般情况下，轨底130的厚度大于侧壁的厚度；所述左侧壁110和右侧壁120的厚度能够尽量使得外壳层140尽量远离真空管道腔的内表面，也就是需要加大侧壁的厚度和轨底130的厚度，侧壁厚度的增加可有效地增大了下部∪型外包壳混凝土轨道梁抵抗大气压差的刚度，轨底高度的增加有效地提高了轨道梁的垂向刚度；并且，若采用金属外壳层的话，能够有效降低管道梁的涡流阻力。

作为本发明的一个优选实施例，所述∪型轨道梁100的左侧壁110和右侧壁120 厚度为60cm；所述轨底的厚度为80cm。

参见图5、图6所示，根据本发明的某些实施例，所述左侧壁110、右侧壁120 分别设置1-2个空腔；所述轨底130设置1-3个空腔。这种结构可以降低混凝土材料的使用量，能降低外包壳混凝土轨道梁的成本。

参见图5所示，作为本发明的一个优选实施例，所述左侧壁110、右侧壁120和轨底130均设置1个空腔112、122、131。

参见图6所示，作为本发明的另一个优选实施例，所述左侧壁110设置2个空腔112，所述右侧壁120设置2个空腔122，所述轨底130设置3个空腔131。

参见图5-图7所示，根据本发明的某些实施例，所述左侧壁110、右侧壁120 和轨底130的空腔通过外联通孔113与中空真空管道联通；所述左侧壁110、右侧壁 120和轨底130之间的空腔通过内联通孔114联通。这种空腔联通结构相当于增大了真空管道的空气流通面积，降低了列车高速运行时的阻塞比。

参见图8所示，根据本发明的某些实施例，所述∩型管道盖200截面上部分201 呈半圆形，左下部分202和右下部分203呈竖条状；所述∩型管道盖200所使用板材厚度为5-30mm；且∪型轨道梁100外壳层140的厚度为∩型管道盖200所使用板材厚度的1/5-1/2。这相对于整体圆形真空轨道而言节约了大量的钢材，节约了成本。

作为本发明的一个优选实施例，所述∩型管道盖所用板材的厚度为20mm；且∪型轨道梁100外壳层140的厚度为∩型管道盖200所使用板材厚度的1/3左右。

根据本发明的某些实施例，所述∩型管道盖200采用耐候钢或不锈钢或其它具有一定机械强度和气密性能的材料。既要保证具有较好的机械强度和耐大气腐蚀性，还要保证气密性能。

参见图10所示，根据本发明的某些实施例，所述∩型管道盖200的外表面设置纵向加强肋210和/或横向加强肋211。这可以提高∩型管道盖的抗刚度和稳定性。

参见图10所示，作为本发明的一个优选实施例，所述∩型管道盖200顶部设置一条纵向加强肋210，方便雨水的排放。

参见图9、图10所示，根据本发明的某些实施例，所述∩型管道盖200的左右两侧间隔设置透视窗口220。可有效解决真空管道内列车的视觉体验问题。

参见图9所示，作为本发明的一个优选实施例，为了提高透视窗口220的可靠性，所述透视窗口220可以采用双层透视玻璃，和/或在窗口的下侧设置防护钢板221。

参见图11所示，根据本发明的某些实施例，所述上部的∩型管道盖200的下端部与∪型轨道梁100的左侧壁110和右侧壁120上端面之间通过螺栓160进行连接，螺栓预埋在下部轨道梁的左侧壁和右侧壁之中；以提高上下部的受力整体性。或所述上部的∩型管道盖的下端部与∪型轨道梁的左侧壁和右侧壁上端面之间通过焊接进行连接。

参见图11所示，根据本发明的某些实施例，所述∩型管道盖200的下端部与∪型轨道梁100的左侧壁110和右侧壁120上端面之间设置密封垫180；保证真空管道的气密性能。

作为本发明的一个优选实施例，所述密封垫180采用橡胶材质。

本发明∪∩型真空管道梁的施工方法如下：

在本发明∪∩型真空管道梁的实施过程中，真空管道梁的高度尺寸与宽度尺寸可以自由设计，互不影响，在有效增加管道的垂向刚度的同时，不增加横向尺寸和线路的占地面积。

同时，这种∪∩型真空管道梁，在高架路段施工时也非常方便。首先，将使用架桥机将下部的∪型外包壳混凝土轨道梁顺序吊装到桥墩上，这些下部结构本身就形成了架桥机的工作线路，下部∪型外包壳混凝土轨道梁安装完成后再使用架桥机将上部∩型管道盖逐一安装到位即可，工程施工非常方便。

本发明∪∩型真空管道梁为分体式结构；分体式真空管道非常有利于事故救援，因为该真空管道的上下两部分之间采用螺栓连接，将上部拆除后，即可对事故车辆进行起吊等救援工作，即使将上下两部分焊接在一起，由于焊缝较为薄弱利于清除，从而可轻易地将上下部拆开。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。