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拱结构

/arch structure/
条目作者邢沁妍

邢沁妍

最后更新 2024-12-04
浏览 185
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结构力学中杆系结构的一种,由拱圈及其支座或拉杆组成。

英文名称
arch structure
所属学科
力学

拱的轴线为曲线或折线,在铅垂方向的横向荷载作用下、拱脚处除承受垂直力外,还产生水平推力。支座可做成能承受垂直力、水平推力以及弯矩的支墩;也可用墙、柱或基础承受垂直力而用拉杆承受水平推力。拱结构有数千年发展历史,是土木工程中重要的承载结构形式之一。古罗马时期拱结构就被应用于高架引水桥,现存法国南部加尔省的加尔桥建于公元前20~前19年。中国河北省现存的赵州桥建于公元595~605年。

拱圈的主要内力是轴向压力,其中的弯矩和剪力比同跨度的梁小得多。因此,拱结构能节省材料、提高刚度、跨越较大空间,可作为礼堂、展览馆、体育馆、火车站、飞机库等的大跨屋盖承重结构;同时有利于使用砖、石、混凝土等抗压强度高、抗拉强度低的廉价建筑材料。一般的屋盖、吊车梁、过梁、挡土墙、散装材料库等承重结构以及地下建筑、桥梁、水坝、码头等的承重结构,均可采用拱。

各类拱各类拱

拱结构按受力性能可分为三铰拱、双铰拱、无铰拱等(见图);按拱轴的线型可分为圆弧拱、抛物线拱、悬链线拱等;按拱圈截面形式分为实体拱、箱形拱、桁架拱等。拱结构还可以是整体拱、拱肋拱、网状拱、单孔拱、连续拱等,组合非常灵活。不论单孔或多孔拱,其水平推力都可以由系杆来承受,成系杆拱,从而使地基不受水平推力。

对于拱结构的受力分析,矢跨比是其基本几何特征,直接影响支座水平反力的大小。在工程结构中,矢跨比通常在1~1/10,甚至可更小一些。无铰拱为三次超静定结构,整体性好,拱圈构造简单,但对支座要求较高,如有沉降则引起的附加内力较大。双铰拱于两拱脚处设拱,为一次超静定结构,性能介于三铰拱和无铰拱之间,可使结构设置和安装简单。三铰拱除拱脚外,在拱顶增加了一个铰结点,属静定结构。这种静定结构在温度变化、材料收缩、弹性压缩、支座沉降等因素影响下不产生附加内力,不过铰的构造较复杂,整体刚度和抗震性能较差。大强度、相对柔性的拱的分析计算还需要考虑非线性因素。

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