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1、Arch结构概念与体系-如何使结构跨度更大6.2 拱结构拱结构16.2 拱结构6.2 拱结构1.概述拱是一种主要承受轴向压力并由两端支座推力维持平衡的曲线或折线形构件。拱结构对于混凝土、砖、石等材料拱结构对于混凝土、砖、石等材料是十分适宜的，特别是在没有钢材的年是十分适宜的，特别是在没有钢材的年代，它可充分利用这些材料抗压强度高代，它可充分利用这些材料抗压强度高的特点，避免它们抗拉强度低的缺点。的特点，避免它们抗拉强度低的缺点。26.2 拱结构6.2 拱结构1.概述拱是人类最早认识并利用的一种结构形式。塞哥维亚古罗马渡槽早在公元前 4 世纪，古罗马就采用券拱技术砌筑下水道、隧道、渡槽等土木工程
2、。36.2 拱结构6.2 拱结构2.拱结构的类型无铰拱无铰拱两铰拱两铰拱三铰拱三铰拱（1）根据铰的数量，可分为无铰拱、两铰拱和三铰拱。3次超静定结构 对温度和支座沉降敏感 需要坚固的基础 适用于较小跨的RC拱 1次超静定结构 对温度不太敏感 拱脚没有倾覆力矩 适用于大跨度钢拱 静定结构 对温度不敏感 拱脚设计简单 适用于中等跨度钢拱46.2 拱结构6.2 拱结构2.拱结构的类型跨度90m，由瑞士工程师罗伯特.马亚尔（R.Maillart）于1930年设计，世界最美的桥梁瑞士萨尔基那山谷桥瑞士萨尔基那山谷桥三铰拱的截面取为结构弯矩包络图的形状三铰拱的截面取为结构弯矩包络图的形状56.2 拱结构6
3、.2 拱结构2.拱结构的类型（2）根据拱的形状，可分为抛物线拱、圆弧拱、椭圆拱、三心圆拱、悬链线拱等。抛物线拱抛物线拱椭圆拱椭圆拱圆弧拱圆弧拱三心圆拱三心圆拱66.2 拱结构6.2 拱结构3.合理拱轴线拱结构的内力与其轴线形状密切相关，理想拱轴线是在给定荷载作用下，拱身内弯矩为零，仅承受轴压力。由拱截面弯矩平衡方程由拱截面弯矩平衡方程可得合理拱轴线方程为可得合理拱轴线方程为 00M xMxHy x 00CMxy xfMHHM0(x)合理拱轴线与同跨简支梁在相同荷载下的弯矩图相似。76.2 拱结构6.2 拱结构当荷载沿水平均布时，宜选择抛物线作为拱轴线；当荷载沿拱轴线均布时，宜选用悬链线；当承受
4、均匀水压力（或土压力）时，宜选用圆弧形；落地拱考虑工作空间要求，宜选用三心圆。储煤棚三心圆拱3.合理拱轴线84.拱脚水平推力6.2 拱结构6.2 拱结构拱脚水平推力是拱结构区别于梁式结构的重要特征；为保证拱的可靠工作，必须采用有效的措施来实现该水平力的平衡。拱在均布全跨荷载下的支座推力为：拱的推力和矢跨比成反比，拱越高，推力越小。当地基及基础难以平衡拱脚水平推力时，可通过增加拱的矢高来减小拱脚水平推力，减轻地基负担，节省基础造价。H=qL2/8fq94.拱脚水平推力6.2 拱结构6.2 拱结构水平推力的平衡（水平推力的平衡（1）由拉杆承担由拉杆承担优点：结构自平衡，基础构造简单。缺点：室内空间
5、受影响。搁置在墙、柱上的屋盖结构落地拱结构104.拱脚水平推力6.2 拱结构6.2 拱结构带地下拉杆的钢筋混凝土落地拱带地下拉杆的钢筋混凝土落地拱北京革命军事博物馆Renault Techno Centre,Paris水平推力的平衡（水平推力的平衡（1）由拉杆承担由拉杆承担114.拱脚水平推力6.2 拱结构6.2 拱结构水平推力的平衡（水平推力的平衡（2）通过刚性水平结构传递给总拉杆通过刚性水平结构传递给总拉杆立柱不承受拱的水平推力，柱内力较小；两端的总拉杆设置在房屋山墙内，建筑室内没有拉杆，室内空间效果好。124.拱脚水平推力6.2 拱结构6.2 拱结构水平推力的平衡（水平推力的平衡（2）通
6、过刚性水平结构传递给总拉杆通过刚性水平结构传递给总拉杆曼彻斯特展览中心134.拱脚水平推力6.2 拱结构6.2 拱结构水平推力的平衡（水平推力的平衡（3）由两侧结构承担由两侧结构承担水平推力由斜柱墩承担水平推力由侧边框架承担水平推力由斜柱墩承担水平推力由侧边框架承担拱把水平推力和竖向荷载作用于两侧竖向承重结构上，竖向承重结构可为斜柱墩或框架结构。要求两侧框架必须具有足够的刚度。144.拱脚水平推力6.2 拱结构6.2 拱结构水平推力的平衡（水平推力的平衡（3）由两侧结构承担由两侧结构承担北京崇文门菜市场北京崇文门菜市场利用两侧房屋承受拱推力利用两侧房屋承受拱推力154.拱脚水平推力6.2 拱结
7、构6.2 拱结构水平推力的平衡（水平推力的平衡（4）直接作用在基础上直接作用在基础上对于落地拱，当地质条件较好或拱脚水平推力较小时，拱的水平推力可直接作用在基础上，通过基础传给地基。为了更有效地抵抗水平推力，防止基础滑移，也可将基础底面做成斜坡状。164.拱脚水平推力6.2 拱结构6.2 拱结构水平推力的平衡（水平推力的平衡（4）直接作用在基础上直接作用在基础上英国温布利球场175.拱的稳定6.2 拱结构6.2 拱结构拱是曲线形受压或压弯杆件，需要验算其平面内受压稳定性。231ycrEIpRpR 反对称屈曲反对称屈曲对称屈曲对称屈曲185.拱的稳定6.2 拱结构6.2 拱结构在拱轴线平面外的方向，其稳定性可由屋面结构的支撑系统及檩条或大型屋面板体系来保证。两个倾斜拱相互支撑利用交叉斜撑和系杆提供侧向支撑19 不同铰布置方式对结构受力性能的影响；荷载作用与合理拱轴线的关系；对拱脚推力的处理；拱的平面内及平面外稳定问题。小 结拱是一种典型的大跨空间结构形式，应重点从以下几方面加深对其受力性能的理解：6.2 拱结构6.2 拱结构