建筑結(jié)構(gòu)選型拱結(jié)構(gòu)

1、會(huì)計(jì)學(xué)1建筑結(jié)構(gòu)選型拱結(jié)構(gòu)建筑結(jié)構(gòu)選型拱結(jié)構(gòu)第1頁/共53頁2021年12月6日星期一2 拱是桿軸線為曲線，且在豎向荷載作用下會(huì)產(chǎn)生水平推力（反力）的結(jié)構(gòu)。由于推力的存在，拱截面的彎矩比同跨度、等荷載的梁的彎矩要小得多，并且主要承受壓力。這時(shí)拱截面上的應(yīng)力分布較均勻，因而更能發(fā)揮耐壓材料（如磚、石、混凝土）的作用。另一些直桿結(jié)構(gòu)雖有別于拱，但同樣能在豎向荷載作用下產(chǎn)生水平推力，故稱之為拱式結(jié)構(gòu)，如三鉸剛架、拱式桁架等。 第2頁/共53頁2021年12月6日星期一315.1 拱結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)和適用范圍15.2 拱結(jié)構(gòu)的類型15.4 拱結(jié)構(gòu)水平推力的平衡15.7 拱結(jié)構(gòu)實(shí)例（自學(xué)教材）15.3 拱

2、軸的型式與合理軸線 15.8 拱結(jié)構(gòu)內(nèi)容擴(kuò)展15.5 拱的截面形式與主要尺寸15.6 拱的結(jié)構(gòu)選型與布置第3頁/共53頁2021年12月6日星期一415.1 拱結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)和適用范圍拱結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖 工程中常用的拱有三鉸拱、兩鉸拱和無鉸拱，前者是靜定結(jié)構(gòu)，后兩者是超靜定結(jié)構(gòu)。 第4頁/共53頁2021年12月6日星期一5一、支座反力VA = V A ； VB = V B； HA = MC0/ f三鉸拱的反力與跨度、矢高（即三鉸的位置）有關(guān)，其中：豎向反力與其等代梁的反力相等;水平反力與拱軸線形狀無關(guān).荷載與跨度一定時(shí)，水平反力與矢高成反比.15.1 拱結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)和適用范圍第5頁/共53頁

3、2021年12月6日星期一6二、拱身截面的內(nèi)力0DDMMHy0DD cossinQQH0DD sincosNQH15.1 拱結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)和適用范圍第6頁/共53頁2021年12月6日星期一7二、拱身截面的內(nèi)力15.1 拱結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)和適用范圍 根據(jù)荷載情況合理選擇拱軸線形狀，使拱身主要承受軸力、盡量減少?gòu)澗厥种匾?實(shí)際工程中，結(jié)構(gòu)承受的荷載是多種多樣的，只能根據(jù)主要荷載確定合理的拱軸曲線。拱截面必須設(shè)計(jì)成有一定的抗彎能力。第7頁/共53頁2021年12月6日星期一815.1 拱結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)和適用范圍 拱結(jié)構(gòu)是使構(gòu)件擺脫彎曲變形的一種突破性發(fā)展，它為抗壓性能好的材料提供了一種理想的結(jié)構(gòu)

4、型式。 如磚、石、混凝土、鋼絲網(wǎng)水泥、鋼筋混凝土、鋼材、木材等。 拱結(jié)構(gòu)的形式多種多樣，有利于豐富建筑的外形。 拱結(jié)構(gòu)適用跨度范圍極廣，不僅適合大跨度結(jié)構(gòu)，如跨度達(dá)100m以上的橋梁，也適用于中小跨度的房屋建筑，廣泛應(yīng)用于各種寬敞的公共建筑物，如展覽館、體育館、商場(chǎng)等。第8頁/共53頁2021年12月6日星期一9 拱是一種推力結(jié)構(gòu)：在豎向荷載下產(chǎn)生水平推力； 拱是一種無矩結(jié)構(gòu)：通過合理拱軸可使桿件無彎矩； 拱可充分利用材料抗壓強(qiáng)度，斷面小、跨度大。第9頁/共53頁2021年12月6日星期一10 大中小型房屋，橋梁、展覽館等公共建筑結(jié)構(gòu)。 紀(jì)念觀賞性建筑。 與懸索結(jié)構(gòu)組合使用可充分發(fā)揮二者的優(yōu)勢(shì)

5、。第10頁/共53頁運(yùn)河上的石拱橋充分利用了石材抗壓的特點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)合理，造型美觀。第11頁/共53頁2021年12月6日星期一12聯(lián)拱結(jié)構(gòu)及其支柱第12頁/共53頁2021年12月6日星期一13世界各主要橋型十大跨徑橋梁排行榜（ 拱 橋 ）橋型序號(hào)橋 名主跨跨徑建成時(shí)間所在地拱橋1朝天門長(zhǎng)江大橋552預(yù)計(jì)2008年中國(guó)重慶2盧浦大橋5502003中國(guó)上海3新河橋518.21977美國(guó)4貝爾橋5041931美國(guó)5悉尼港大橋5031932澳大利亞6巫山長(zhǎng)江大橋4602005中國(guó)重慶7支井河大橋430預(yù)計(jì)2008中國(guó)湖北8新光橋4282006中國(guó)廣東9萬縣長(zhǎng)江大橋4201997中國(guó)重慶10菜園壩長(zhǎng)江大

6、橋420預(yù)計(jì)2007中國(guó)重慶11克爾克一橋3901980克羅地亞第13頁/共53頁2021年12月6日星期一1415.2 拱結(jié)構(gòu)的類型 按材料：磚石砌體拱結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土拱結(jié)構(gòu)、鋼拱結(jié)構(gòu)、膠合木拱結(jié)構(gòu)等； 按組成和支承方式：無鉸拱、兩鉸供和三鉸拱，無拉桿拱和有拉桿拱； 按拱軸形式：半圓拱和拋物線拱； 按拱身截面：實(shí)腹式和格構(gòu)式、等截面和變截面等。第14頁/共53頁2021年12月6日星期一15敞肩式石拱橋（落地拱）15.2 拱結(jié)構(gòu)的類型第15頁/共53頁2021年12月6日星期一16一、鋼結(jié)構(gòu)拱15.2 拱結(jié)構(gòu)的類型第16頁/共53頁2021年12月6日星期一17鋼拱橋（下承式拱）一、鋼結(jié)構(gòu)拱

7、第17頁/共53頁2021年12月6日星期一18二、鋼筋混凝土拱15.2 拱結(jié)構(gòu)的類型第18頁/共53頁2021年12月6日星期一19二、鋼筋混凝土拱15.2 拱結(jié)構(gòu)的類型第19頁/共53頁2021年12月6日星期一20 拱的軸線方程15.3 拱軸的形式與合理拱軸第20頁/共53頁2021年12月6日星期一2115.3 拱軸的形式與合理拱軸15.3.1 拱的合理軸線在給定荷載作用下使拱內(nèi)各截面彎矩剪力等于零,只有軸力的拱軸線。由 M（x）=M(x)Hy(x)=0 可得合理拱軸線方程為 y（x）=M(x)H 在荷載、跨度、矢高給定時(shí)，H是一個(gè)常數(shù). 合理拱軸線與相應(yīng)的簡(jiǎn)支梁的彎矩圖形狀相似，對(duì)應(yīng)

8、豎標(biāo)成比例.第21頁/共53頁2021年12月6日星期一2215.3.2 拱的矢高15.3 拱軸的形式與合理拱軸第22頁/共53頁2021年12月6日星期一23 矢高的選擇應(yīng)合理綜合考慮建筑空間的使用、建筑造型、結(jié)構(gòu)受力、屋面排水構(gòu)造等的要求來確定。(1)滿足建筑造型和建筑使用功能的要求(2)盡量使結(jié)構(gòu)受力合理(3)矢高應(yīng)滿足屋面排水構(gòu)造的要求15.3.2 拱的矢高 一般取 f(1812)l ，經(jīng)濟(jì)范圍 f(17一l5)l有拉桿的矢高可小些，無拉桿矢高不宜太小，否則拱腳下的抗推力結(jié)構(gòu)較難處理。落地拱的矢高較大， f(0.52)l 。矢高大，則軸壓力小。第23頁/共53頁2021年12月6日星期

9、一2415.4.1 水平推力直接作用在基礎(chǔ)上落地拱15.4 拱結(jié)構(gòu)水平推力的平衡這種方案基礎(chǔ)尺寸一般都很大，材料用量較多。為了更有效地抵抗水平推力，防止基礎(chǔ)滑移，基礎(chǔ)底部常做成斜面形狀。適用：水平推力不太大或地質(zhì)條件較好。第24頁/共53頁2021年12月6日星期一25水利工程中的拱壩 15.4 拱結(jié)構(gòu)水平推力的平衡15.4.1 水平推力直接作用在基礎(chǔ)上落地拱第25頁/共53頁2021年12月6日星期一2615.4.2 水平推力由豎向承重結(jié)構(gòu)承擔(dān)15.4 拱結(jié)構(gòu)水平推力的平衡用于無拉桿拱，拱腳推力下傳給支承拱腳的抗推豎向結(jié)構(gòu)常用豎向結(jié)構(gòu)形式：1.扶壁墻墩2.飛券3.斜柱墩：4.其他邊跨結(jié)構(gòu)。斜

10、柱墩第26頁/共53頁2021年12月6日星期一2715.4.2 水平推力由豎向承重結(jié)構(gòu)承擔(dān)15.4 拱結(jié)構(gòu)水平推力的平衡側(cè)邊框架第27頁/共53頁2021年12月6日星期一2815.4.2 水平推力由豎向承重結(jié)構(gòu)承擔(dān)15.4 拱結(jié)構(gòu)水平推力的平衡側(cè)邊框架第28頁/共53頁2021年12月6日星期一2915.4.2 水平推力由豎向承重結(jié)構(gòu)承擔(dān)15.4 拱結(jié)構(gòu)水平推力的平衡側(cè)邊框架第29頁/共53頁2021年12月6日星期一30菜園壩長(zhǎng)江大橋15.4.2 水平推力由豎向承重結(jié)構(gòu)承擔(dān)第30頁/共53頁2021年12月6日星期一3115.4.2 水平推力由豎向承重結(jié)構(gòu)承擔(dān)第31頁/共53頁2021年

11、12月6日星期一3215.4.2 水平推力由豎向承重結(jié)構(gòu)承擔(dān)第32頁/共53頁2021年12月6日星期一3315.4.3 水平推力直接由拉桿承擔(dān)拉桿拱15.4 拱結(jié)構(gòu)水平推力的平衡第33頁/共53頁2021年12月6日星期一34帶拉桿的雙曲拱屋蓋15.4.3 水平推力直接由拉桿承擔(dān)拉桿拱第34頁/共53頁2021年12月6日星期一3515.4.4 水平推力通過剛性水平結(jié)構(gòu)傳遞給總拉桿15.4 拱結(jié)構(gòu)水平推力的平衡第35頁/共53頁2021年12月6日星期一3615.5 拱的截面形式與主要尺寸第36頁/共53頁2021年12月6日星期一3715.6 拱結(jié)構(gòu)的選型與布置二、拱的矢高 三、拱的軸線方

12、程 四、拱身截面高度及形式 五、拱的結(jié)構(gòu)布置六、拱結(jié)構(gòu)的支撐系統(tǒng)一、結(jié)構(gòu)的支撐方式第37頁/共53頁2021年12月6日星期一38一、結(jié)構(gòu)的支撐方式15.6 拱結(jié)構(gòu)的選型與布置第38頁/共53頁2021年12月6日星期一39五、拱的結(jié)構(gòu)布置15.6 拱結(jié)構(gòu)的選型與布置第39頁/共53頁2021年12月6日星期一40五、拱的結(jié)構(gòu)布置15.6 拱結(jié)構(gòu)的選型與布置第40頁/共53頁2021年12月6日星期一41六、拱結(jié)構(gòu)的支撐系統(tǒng)15.6 拱結(jié)構(gòu)的選型與布置第41頁/共53頁2021年12月6日星期一4215.7 拱結(jié)構(gòu)的工程實(shí)例（略）參見教材15.8 拱結(jié)構(gòu)內(nèi)容拓展第42頁/共53頁澳大利亞悉尼歌

13、劇院（拱殼結(jié)構(gòu)）第43頁/共53頁澳大利亞：悉尼歌劇院（拱殼）第44頁/共53頁澳大利亞：悉尼歌劇院（拱殼）第45頁/共53頁2021年12月6日星期一46下一章折板結(jié)構(gòu)第46頁/共53頁2021年12月6日星期一47 拱是桿軸線為曲線，且在豎向荷載作用下會(huì)產(chǎn)生水平推力（反力）的結(jié)構(gòu)。由于推力的存在，拱截面的彎矩比同跨度、等荷載的梁的彎矩要小得多，并且主要承受壓力。這時(shí)拱截面上的應(yīng)力分布較均勻，因而更能發(fā)揮耐壓材料（如磚、石、混凝土）的作用。另一些直桿結(jié)構(gòu)雖有別于拱，但同樣能在豎向荷載作用下產(chǎn)生水平推力，故稱之為拱式結(jié)構(gòu)，如三鉸剛架、拱式桁架等。 第47頁/共53頁2021年12月6日星期一4815.1 拱結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)和適用范圍拱結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖 工程中常用的拱有三鉸拱、兩鉸拱和無鉸拱，前者是靜定結(jié)構(gòu)，后兩者是超靜定結(jié)構(gòu)。 第48頁/共53頁運(yùn)河上的石拱橋充分利用了石材抗壓的特點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)合理，造型美觀。第49頁/共53頁2021年12月6日星期一