一种适用于超大跨高速铁路混凝土拱桥的主拱圈及拱桥
技术领域
本实用新型涉及一种混凝土拱桥，特别是一种适用于超大跨高速铁路混凝土拱桥的主拱圈及拱桥。
背景技术
当铁路线路跨越山区“U”型或“V”型深切峡谷地形时，由于地形条件的限制，相比于斜拉桥、悬索桥等其他桥型，常常会选择拱桥。超大跨径钢桁拱与钢管混凝土拱桥方案由于受到运输条件、使用性能或经济性等因素的限制选择较少，而混凝土拱桥由于构件运输相对方便、施工场地占用少、刚度大、温度变形小、造价低、养护工作少等诸多优点，将成为山区铁路桥梁跨径突破的发展方向。
主拱圈是拱桥的主要承载构件，主拱圈截面构造是否合理，将直接影响拱桥设计的安全性和经济性。目前，铁路混凝土拱桥主跨跨径仍未突破500m，然而，复杂山区铁路选线对拱桥跨越能力需求的不断提高，需要实现600m级及以上的超大跨度，混凝土主拱圈的构造形式将成为工程设计的关键环节。尤其对于高速铁路拱桥，随着其跨径的进一步增加，截面迎风面积也随之增加，风荷载和桥梁结构的相互作用也越来越显著，容易造成发散性的颤振动力失稳。
实用新型内容
本实用新型的目的在于：针对现有技术的不足，提供一种适用于超大跨高速铁路混凝土拱桥的主拱圈及拱桥。
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：
一种适用于超大跨高速铁路混凝土拱桥的主拱圈，其包括横梁以及通过横梁相连的两片拱肋，所述拱肋的横截面为箱形截面，所述拱肋的横截面两侧设有风嘴。通过设置箱型截面，其具有抗扭刚度大、结构整体受力性能好、经济、施工方便等诸多优点，另外通过设置风嘴，在大风作用时，不易形成能量高的漩涡，从而能够极大地提高该主拱圈抵抗风载的能力，使得该主拱圈结构能够适用于超大跨高速铁路混凝土拱桥的应用。
作为本实用新型的优选方案，所述主拱圈构造为提篮拱。通过这种结构，其具有以下有益效果：首先，提篮拱整体性能较好，在相同混凝土圬工量的情况下，能够提供更高的横向刚度的优点；其次，不论是在施工阶段还是运营阶段，相对于平行拱，都具有更好的面外稳定性；再次，提篮拱景观效果更好。
作为本实用新型的优选方案，在拱顶位置附近，两片所述拱肋并未设置拱肋合并段，而是通过拱上立柱下方的横梁相连，这种方式在满足受力性能合理的前提下，能够降低混凝土圬工量，从而显著降低工程造价。
作为本实用新型的优选方案，所述拱肋的箱形结构在所述拱脚处的横截面高度大于所述拱肋的箱形结构在所述拱顶处的横截面高度。
作为本实用新型的优选方案，由拱脚处至拱顶处，所述拱肋的箱型结构高度与拱圈跨径按1.5～2次函数曲线变化。大跨度拱桥结构通过截面高度的曲线变化，既能够达到受力合理的要求，又能够实现经济美观的目的。
作为本实用新型的优选方案，所述拱肋拱脚处的横截面高度大于所述拱肋拱顶处的横截面高度。采用上述结构，既能够达到受力合理的要求，又能够实现经济美观的目的。
作为本实用新型的优选方案，所述拱肋的各个横截面处的宽度相等。通过上述结构，首先有助于提高主拱横向刚度和整体稳定性，这对于满足高速铁路列车行车安全非常重要；其次，还能够简化劲性骨架制造、安装及外包混凝土的施工难度，从而降低造价，节省施工周期；再次，还可以缩短高空作业的时间，从而降低拱桥施工过程中的安全风险；最后，横截面等宽的方案与变宽的方案相比，由于增加了拱顶附近位置的宽度，从而提高了主拱圈的承载能力。
作为本实用新型的优选方案，所述拱肋中设有劲性骨架。
作为本实用新型的优选方案，所述劲性骨架包括钢管以及用于连接所述钢管的连接角钢。具体的，劲性骨架是指由钢管及联接角钢构成的空间骨架，其在主拱圈浇筑之前先行成拱，然后以劲性骨架作为支架浇注拱肋的外包混凝土。
一种拱桥，包括拱上立柱、主梁、拱座基础、T构墩以及两个上述的主拱圈；所述主拱圈与所述主梁通过拱上立柱相连，所述主拱圈的两端均设有拱座基础，所述拱座基础与所述主梁通过所述T构墩相连。本实用新型提供的上述拱桥由于采用箱梁结构，且设置了风嘴，能够在跨度大、迎风面积大的情况下，降低桥梁颤振发散失稳发生的可能性。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：
1、本实用新型提供的主拱圈，通过设置箱型截面，其具有抗扭刚度大、结构整体受力性能好、经济、施工方便等诸多优点，另外通过设置风嘴，在大风作用时，不易形成能量高的漩涡，从而能够极大地提高该主拱圈抵抗风载的能力，使得该主拱圈结构能够适用于超大跨高速铁路混凝土拱桥的应用。
2、本实用新型提供的拱桥，基于上述的主拱圈，能够在跨度大、迎风面积大的情况下，降低桥梁颤振发散失稳发生的可能性。
附图说明
图1是本实用新型具体实施方式提供的拱桥的结构示意图。
图2是本实用新型具体实施方式提供的主拱圈的一半的结构示意图。
图3是沿图2中A-A截面的截面示意图。
图4是沿图2中B-B截面的截面示意图的一半(仅示出一个拱肋的截面)。
图5是沿图2中C-C截面的截面示意图的一半(仅示出一个拱肋的截面)。
图6是图2中V部的局部放大图。
图7是图2中VI部的局部放大图。
图标：1-主拱圈；11-拱肋；111-风嘴；112-劲性骨架；12-横梁；2-拱上立柱；3-主梁；4-拱座基础；5-T构墩。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
实施例1
请参阅图1-图7。本实用新型提供了一种适用于超大跨高速铁路混凝土拱桥的主拱圈1，包括横梁12以及通过横梁12相连的两片拱肋11，拱肋11的横截面为箱形截面，所述拱肋11的横截面两侧设有风嘴111，即：拱肋11包括箱梁，在箱梁两侧设置分别设有风嘴111，使得拱肋11的横截面外轮廓呈六边形。通过设置风嘴111，在大风作用时，不易形成能量高的漩涡，从而能够极大地提高该主拱圈1抵抗风载的能力，使得该主拱圈1结构能够适用于超大跨高速铁路拱桥的应用。
拱肋11为混凝土构造，拱肋11中设置有劲性骨架112。具体的，劲性骨架112包括四根钢管。在拱肋11的横截面上，劲性骨架112分别位于拱肋11箱梁的四角。
拱肋11拱脚处的横截面高度大于所述拱肋11拱顶处的横截面高度。由于拱桥拱脚位置轴力和弯矩值较大，而跨中位置轴力和弯矩值较小，采用上述结构，受力合理。
具体的，拱肋的箱型结构高度与拱圈跨径的关系为1.5～2次函数。采用上述结构，既能够达到受力合理的要求，又能够实现经济美观的目的。
在本实施例中，拱肋11的箱型结构高度与拱圈跨径的关系为2次函数，该函数关系表达为：
式中：X为拱箱某一截面与一端拱脚之间的水平距离，X为自变量；
h为该截面处拱箱的高度，h为因变量；
L为主拱圈1跨度，为常数；
请参阅图6，h1为拱脚处的拱箱高度，为常数；
请参阅图7，h2位拱顶处的拱箱高度，为常数。
在一侧的拱脚处，X的取值为0，此时依据上式得出的拱脚处拱箱结构高度为h1。在另一侧的拱脚处，X的取值为L，此时依据上式得出的拱脚处拱箱结构高度为h1。在拱顶处，X的取值为L/2，此时依据上式得出的拱顶处拱箱结构高度为h2。
拱肋11的各个横截面处的宽度相等。基于这种结构，首先有助于提高主拱横向刚度和整体稳定性，这对于满足高速铁路列车行车安全非常重要；其次，还能够简化劲性骨架112制造、安装及外包混凝土的施工难度，从而降低造价，节省施工周期；再次，还可以缩短高空作业的时间，从而降低拱桥施工过程中的安全风险；最后，横截面等宽的方案与变宽的方案相比，由于增加了拱顶附近位置的宽度，从而提高了主拱圈1的承载能力。
主拱圈1设置为提篮拱的形式。通过这种结构，其具有以下有益效果：首先，提篮拱整体性能较好，在相同混凝土圬工量的情况下，能够提供更高的横向刚度的优点；其次，不论是在施工阶段还是运营阶段，相对于平行拱，都具有更好的面外稳定性；再次，提篮拱景观效果更好。
进一步的，请参阅图3，拱片方向与图3中的L1线的夹角为3°～10°。
在主拱圈1的拱顶处，两个拱肋11依然呈间隔地设置，即：在拱顶处，两片拱肋11不设置合并段，从而有利于降低混凝土圬工量，从而显著降低工程造价。
实施例2
请参阅图1，本实用新型实施例提供了一种拱桥，这种拱桥包括拱上立柱2、主梁3、拱座基础4、T构墩5以及实施例1中所提供的主拱圈1。
所述主拱圈1与所述主梁3通过拱上立柱2相连，具体的，拱上立柱2与横梁12固定相连。所述主拱圈1的两端均设有拱座基础4，所述拱座基础4与所述主梁3通过所述T构墩5相连。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
