一种管道悬浮运输工具的管道承载结构的制作方法

本发明涉及一种管道悬浮运输工具的管道承载结构，属于管道运输技术领域。

背景技术：

管道列车是一种以列车为载体，利用超导磁悬浮技术实现列车与地面脱离接触消除摩擦阻力，利用内部接近真空的管道线路大幅减少空气阻力，从而实现列车理论时速超过1000km/h的全新运输系统。可以极大拉近城市间的时空距离，同时具有不受天气条件影响，不受空管流量限制，与城市轨道系统无缝接驳等诸多优点。目前，世界主要经济科技强国已经开展相关技术研究和产业化发展。具有代表性的有美国hyperloopone公司，从2015年起开展真空管道列车的研究，并获得387km/h的试验速度。为了长时间保持管道内的真空，管道必须具备良好的密封，为了提高经济性，使管道悬浮能够低成本，必须不断优化管道轨道结构。

目前管道列车的管道轨道结构有以下几种方式：

专利申请“一种用于真空高速交通管道”(申请号201710957044.7)给出了一种钢板结构的管道，这种钢板结构虽然可以解决列车的承载以及电缆线铺设，预留了维修人员通道，但整体结构由于不是圆形结构，在抵抗大气压力及其他载荷方面承载比圆形管道承载要差，同时在管道圆弧过渡成平面的位置容易出现应力集中，影响管道安全性。

专利申请“透明真空管道”(申请号201310428952.9)给出了一种透明的真空管道，这种带透明结构的管道虽然可以解决密封和透明，但整体结构复杂，成本较高。

专利申请“适用于真空管道交通的钢混凝土复合结构管道”(申请号201020540727.6)给出了一种真空管道的钢混凝土复合结构管道，这种结构外层为不锈钢材料，造价较高，且没有考虑具体内部的轨道结构。

专利申请“真空管道高温超导磁浮车环形试验线”(申请号20150628600.7)给出了一种高温超导磁浮车环形试验线结构，这种方式悬浮间隙小，电机在底部铺设，这种结构对线路不平顺性敏感较高。

专利申请“一种管道运输工具线路系统”(申请号201810383327.x)给出了一种管道非承载的方案，这种方案管道不参与承载列车荷载，没有利用大直径管道的抗弯特性，材料属性浪费较大。同时，专利在背景技术中提到的承载密封一体化方式，没有考虑管道中的混凝土下表面在自重以及车辆荷载作用下，轨道简支梁底部受拉，对混凝土受力不利的情况。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术不足，提供一种对线路的平顺性敏感性小、抗弯特性良好、系统安全性高的适用于管道悬浮运输工具的管道承载结构。

本发明的技术解决方案：一种管道悬浮运输工具的管道承载结构，包括管道系统、轨道系统、管道支座、承台和主承载结构，所述的管道系统由内管和外管组成，内外管截面为圆形，内管采用金属材料制成，内管外侧周向和径向上均布管道剪力钉，外管为混凝土材料制成，包裹在内管和管道剪力钉外；

所述的轨道系统由u型轨道和轨道支座结构组成，u型轨道通过轨道支座结构安装在内管中，轨道支座结构为八字型设置在u型轨道底部梁两端，u型轨道底部梁与内管之间掏空设计，内管内侧与轨道支座结构连接处设置轨道剪力钉，轨道支座结构与内管内侧通过轨道剪力钉连接。

所述的轨道支座结构采用混凝土直接浇注在内管中。

所述的外管外支撑管道支座，管道支座通过承台与主承载结构固连。

所述的轨道支座结构底部与内管弧度一致。

本发明与现有技术相比的有益效果：

(1)本发明管道系统参与承载，即管道系统与内部的轨道系统一起作为承受运输工具载荷的主体，由于管道系统也加入到承载中，整体抗弯特性变强，轨道变形更低，材料利用率大，保证了系统的安全性；

(2)本发明轨道系统底部梁与内管之间进行优化处理，轨道系统与管道系统只通过八字型的轨道支座结构连接，避免了在自重以及车辆荷载作用下，轨道梁底部受拉，对浇筑物受力不利，同时在保证变形要求的前提下，达到减少浇筑物用量，减少结构自重，有较好的经济性；

(3)本发明管道系统，内外管之间通过剪力钉连接，保证两者的变形协调，共同承载力；

(4)本发明轨道系统采用u轨道，u型轨道侧壁挂装直线电机，适用于电动悬浮，悬浮间隙较大，悬浮高度较高，对线路的平顺性敏感性小，利于工程实施；

(5)本发明管道为圆形管道，大气压力作用在圆形管道各向受力一致，承载较好；

(6)本发明可采用工程上广泛应用的碳钢与混凝土材料，结构简单，造价较低。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明管道系统结构示意图；

图3为本发明管道支座结构示意图，a为主视图、b为侧视图。

具体实施方式

下面结合具体实例及附图对本发明进行详细说明。

为了保证真空的需要，管道壁需要一定厚度，管道不承载方案未充分利用钢管的承载能力，造成了一定的刚度浪费，因此本发明提出了一种管道承载方案。一种管道悬浮运输工具的管道承载结构，如图1所示，包括管道系统1、轨道系统2、管道支座3、承台4和主承载结构5。

管道系统1由内管11和外管12组成，内外管截面为圆形，内管11采用金属材料制成，外管12为混凝土材料制成，内管11外侧周向和径向上均布管道剪力钉13，外管12为混凝土材料制成，包裹在内管11和管道剪力钉13外。

本实例中内管11材料采用碳钢q345r，大气压力作用在圆形管道各向受力一致，承载较好。管道剪力钉在内管周向径向布置数量与管道承受的列车载荷相关。

如图2所示，轨道系统2由u型轨道21和轨道支座结构22组成，u型轨道21通过轨道支座结构22安装在内管11中，轨道支座结构22为八字型设置在u型轨道11的底部梁两端，u型轨道底部梁与内管之间掏空设计，内管11内侧与轨道支座结构22连接处设置轨道剪力钉23，轨道支座结构22通过轨道剪力钉23与内管11内侧连接。

u型轨道21的侧壁结构是为了安装直线电机与悬浮机构，侧壁紧急情况下为逃生通道，且u型轨道在满足承载强度的前提下，能有效减少运行条件下及环境温度变化所造成的结构变形，满足电动悬浮要求。u型轨道21可整体采用混凝土浇筑在内管中。

如图1、2所示，轨道支座结构22底部与内管11内侧贴合，为半圆形，与内管11弧度一致。内管11内侧与轨道支座结构连接处每隔一定跨度就设置轨道剪力钉，轨道支座结构在与内管连接处通过浇筑混凝土或具有一定强度的树脂实现，从而保证梁管紧密粘连实现一体化。

本实例中内管内部与轨道支座结构22连接处设置直径22mm的轨道剪力钉，在连接部通过现场浇筑自密实混凝土等方式实现两者的粘接，保证变形协调共同承力，这种剪力钉连接结构可以保证轨道、管道紧密粘连实现一体化。

在自重以及车辆荷载作用下，u型轨道底部梁受拉，对填充材料受力不利。如图1所示，在u型轨道底部梁采用底部掏空设计，与内管11之间有一定空隙。可以在保证变形要求的前提下，达到减少混凝土用量，减少结构自重，有较好的经济性。

如图1所示，每隔一定跨度外管12外支撑管道支座3，管道支座3通过承台4与主承载结构5固连。

在管道系统1外，间隔单跨桥梁的长度焊接管道支座3，并安装在承台4上。承台4架在主承载结构5上，如图1所示。因此，当车辆经过时荷载由轨道梁直接传递给管道结构，管道承载后可以增加高架线路整体抗弯刚度。

管道支座3具体结构为图3所示，由上部弧形支撑和下部支架构成，上部弧形支撑与管道外形弧面配合。

本实例中管道支座3采用碳钢q235焊接而成，轨道2、承台4、主支撑结构5为混凝土材料，均为工程上广泛应用的材料，成本较低。

管道支座3通过承台4支撑在主支撑结构5上，主支撑结构5可以是地基或桥墩等，桥墩结构可以是圆柱形、方形等形状，可以直接通过地基固定安装在地面上，也可与桥墩等结构配合，形成高架结构，主支撑结构也可设计为桥墩的一部分，在桥墩制造过程中一起成型。主支撑结构具体形状、尺寸、相邻主支撑结构之间的距离等根据承载设计要求，可借鉴磁悬浮、高铁等支撑结构设计。

列车荷载由轨道系统2与管道系统1共同承受，通过管道支座3将力传递到承台4和主支撑结构5上，整个过程管道系统1参与受力。本发明由于管道与管道内的轨道共同承受列车载荷，再通过管道支座传递给承台和桥墩，即管道与内部的轨道一起作为承受列车载荷的主体。由于管道也加入到承载中，轨道变形更低，保证了系统安全性。管道与内部的轨道一起作为承受列车载荷的主体，因此，当车辆经过时荷载由轨道梁直接传递给管道系统，管道承载后可以增加高架线路整体抗弯刚度，轨道变形更低，保证了系统安全性。

本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。

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