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三鉸拱
鎖定
- 中文名
- 三鉸拱
- 外文名
- three-hinged arch
- 性 質
- 靜定結構
- 類 型
- 拱結構的一種
- 生活舉例
- 趙州橋
- 學 科
- 力學
三鉸拱簡介
拱作為一種常見的結構形式,無論是古代還是現代,都有着廣泛的運用。在中國,以拱作為結構形式的橋樑——拱橋數量眾多,歷史悠久。趙州橋(如圖1中a)所示)是一座空腹式拱橋,距今約1 500年。歷經10次水災,8次戰亂,多次地震,可見拱結構的生命力之頑強。除了橋樑,土木的其他專業也有大量的拱結構。例如,水利工程中有拱壩(如圖1中b)所示),建築工程中有拱形屋架(如圖1中c)所示)等。
拱結構在豎向荷載作用下會產生水平推力。通常情況下,它的杆軸線是曲線。在豎向荷載作用下產生水平推力是拱結構區別於其他結構的重要特徵,如圖2中a)所示就是典型的三鉸拱結構。而圖2中b)所示結構在豎向荷載作用下並不能產生水平推力,因此並不是拱結構,而是曲梁。杆軸線是否為曲線並不是拱結構必須具備的特徵,如圖2中c)所示為三鉸剛架,在豎向荷載作用下,也會產生水平推力,因此三鉸剛架的本質也是一種廣義的拱結構。拱的常用形式有三鉸拱(如圖2中a)所示)、兩鉸拱(如圖2d所示)和無鉸拱(如圖2中e)所示)。對拱做幾何組成分析可知。三鉸拱為靜定結構,兩鉸拱和無鉸拱均為超靜定結構。
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三鉸拱特點
(1)在拱結構中,由於水平推力的存在,其各截面的彎矩要比相應簡支梁或曲梁小得多,因此它的截面就可做得小一些,能節省材料、減小自重,跨越能力強。
(2)在拱結構中,主要內力是軸向壓力,因此可以利用抗拉性能比較差而抗壓性能比較強的材料構築建築物。
前兩點為拱結構的優點,而最後一點可以算是拱結構的缺點。因此,在工程結構中,經常使用拉桿將拱的水平推力轉化為拉桿的拉力(如圖3所示)。