拱结构概述及理论分析课件.ppt

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1、拱结构概述及理论分析思考什么是建筑？建筑的基本构成？什么是建筑？建筑是人们用土、石、木、钢、玻璃、芦苇、塑料、冰块等一切可以利用的材料，建造的构筑物。建筑的本身不是目的，建筑的目的是获得建筑所形成的“空间”。建筑基本构成？跨度：只有跨度才能构成空间。垂直支撑，只有通过垂直支撑，才能将跨度所形成的荷载传至地面。跨度和垂直支撑是构成建筑的关键元素！柱柱梁最简单梁柱体系：实现了建筑最基本的要求。作为人类文明的发源地，为什么古埃及人、古希腊人以及勤劳智慧的中国人无法完成犹如现代框架结构的通透简捷呢？受压受拉跨度越大效果越明显。石材：抗压强度高抗拉强度低因此，不论是古埃及人还是古希腊人，都无法基于

2、石材实现更大的跨度——必须依靠密集的柱列减小梁的跨度，目的是减小梁底的受拉作用，防止巨大的石块在毫无预知的情况下，拉断并突然跌落！自然界中的拱：张家界：天门山桂林：象鼻山老鼠洞陕北窑洞拱：这些结构的共同特征罗马人首先发现了拱，并依据力学原理，对其进行了深入的分析。万神殿就是这一原理杰作因此大圆顶建筑也被叫做罗马式建筑。ABCxyqLLH可以避免出现截面受拉状况，充分发挥材料的受压性能，实现大跨度。这对于工程技术极不发达，只能依靠自然材料构建大型建筑的古代，何其重要！因此，可以说，拱结构是古代建筑工程发展程度的重要标志。罗马时期，无疑是典型的代表。意义：赵州桥隋唐巅峰——赵州桥。距今140

3、0年拱结构的形式拱与外墙的关系扶壁穹顶侧墙地面基础穹顶侧墙穹顶侧墙弯矩大基础地面?巴黎圣母院同济大礼堂哥特式十字拱：公元一世纪开始使用的一种拱券形式，即相交的筒形拱。它覆盖在方形的间上，只需要四角有柱子，而不必要连续的承重墙，建筑内部空间得到解放；而且便于开侧窗，大有利于大型建筑物的采光。它是拱券技术的极有意义的重大进步。拱结构也可以做成连续拱连续拱结构基础之间的推力平衡，使其可以减少对于地质状况的依赖性。推力推力推力平衡形成垂直作用连续倒塌效应！！！为了避免多米勒骨牌式的坍塌，较长的连续拱桥需要设置特殊的、可以抵抗推力的桥墩。推力桥墩！为了避免多米勒骨牌式的坍塌，较长的连续拱桥需要设置

4、特殊的、可以抵抗推力的桥墩。推力桥墩！前南斯拉夫电影：《桥》就是要炸掉这里，阻止德军快速修复这座桥。黑山塔拉河谷大桥现代拱结构的应用现代拱结构的应用：桥梁：美国新河峡谷大桥：主跨518m，最大钢桁拱桥1977年，世界第二现代拱结构的应用：桥梁：上海卢浦大桥：550m，融入了斜拉桥、拱桥和悬索桥现代拱结构的应用：桥梁：巫峡长江大桥：钢管中承式拱桥，主跨492m。现代拱结构的应用：体育场馆：沈阳奥林匹克中心现代拱结构的应用：体育场馆：雅典奥林匹克中心现代拱结构的应用：大型公共建筑：兵马俑场馆拱应用：土拱效应：土层中的拱作用的产生与拱结构物不一样，拱结构是把材料制成拱形状，在荷载作用下发挥其承

5、受压力的作用;而土拱有其自身的形成过程:在荷载或自重的作用下，土体发生压缩和变形，从而产生不均匀沉降，致使土颗粒间产生互相“楔紧”的作用，于是在一定范围土层中产生“拱效应”。拱应用：混凝土梁拱效应：在混凝土框架梁，尤其是深梁中的“拱效应”，对结构承载力的提高起到一定的作用。拱应用：砌体开洞拱效应：《砌体结构设计规范》7.2.2条：对砖砌体，当过梁上的墙体高度h＜n/3时，应按墙体的均布自重采用。当墙体高度h≥n/3时，应按高度为n/3墙体的均布自重来采用；产生拱体一般需要两个条件：拱座，如加筋、锚杆等介质的不均匀的变形．拱座是产生介质不均匀变形的直接原因，成拱效应还存在于地下岩土巷道，建

6、筑物的不连续基础和挡土墙中。拱的分类：按几何构造：①三铰拱②两铰拱③无铰拱两铰拱无铰拱三铰拱按外形：①双折线型②圆弧线型③抛物线型按材料：①钢结构②钢筋混凝土结构③砖石砌体结构拱结构的理论分析三铰拱的内力计算一、拱的内力计算原理仍然是截面法。二、拱通常受压力，所以计算拱时，规定轴力以受压为正。三、实际计算时常将拱与相应简支梁对比，通过公式完成计算。这些公式为绘制拱的影响线提供了方便。支座反力计算KAHBBHBHBHAVAVBPflayKxKxyφK三铰拱计算简图CxKKABHA0=0PVA0VB0C简支梁计算简图lX方向：Y方向：结论1在给定的荷载作用下，三铰拱的支座反力仅与三个铰的位置

7、有关，与拱轴形状无关。竖向荷载下，支座竖向反力与简支梁相同，水平推力与矢跨比（f/l）成反比。内力计算HAQKNKMKPVAAKVA0PMK0QK0φKxKyKa轴力：弯矩：剪力：结论2拱弯矩小于相同跨度相同荷载作用下简支梁的弯矩。拱截面有较大轴力，而简支梁没有。拱截面的剪力小于相同跨度相同荷载下简支梁的剪力。合理拱轴线在给定的荷载作用下，能使所有截面上弯矩为0的拱轴线称为合理拱轴线。按上述定义有：竖向均布荷载作用下，三铰拱的合理拱