拱结构分析(建资荟萃)
拱结构分析
拱结构及案例分析一拱结构的分析拱结构式是建筑工程中常用的结构之一，是一种主要承受轴向压力并由两端推力维持平衡的曲线或折线构件。
拱结构由拱圈及其支座组成。
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。
拱圈主要承受轴向压力，与同跨度的梁相比，弯矩和剪力较小，从而能节省材料、提高刚度、跨越较大空间。
拱的类型，按材料分：土拱、砖石拱、木拱、混凝土拱、钢筋混凝土拱、刚拱等；按拱轴线型分：圆弧拱、抛物线拱、悬链线拱等；按所含铰的数目分：三铰拱、双铰拱、无铰拱等；按拱圈截面形式分：实体拱、箱形拱、桁架拱等。
如下图为拱的分类图：拱结构的受力分析：如上图，当拱承受均布荷载时，主要靠的压力和推力支撑，由+可知，支撑弯矩靠力臂的改变，而力臂的增加靠形态的改变。
Mx=chTh因此拱的外形一般是抛物线、圆弧线或折线，目的是使拱体各截面在外荷载、支撑反力和推力作用下基本处在受压或较小偏心受压状态，从而大大提高拱结构的承载力。
当拱自身重力产生的弯矩Mx为0 时，此时称为合理拱轴线（也叫压力线），即截面产生的弯矩为0。
当选择拱轴线时，偏于合理拱轴线以上的为负弯矩，偏于合理拱轴线以下的为正弯矩，与合理拱轴线相交的点的弯矩为0 。
拱结构在设计中最重要的是水平推力的处理。
在实际工程中常用的有以下几种做法：由拉杆承受水平力——优点是结构自身平衡，使基础受力简单；可用作上部结构构件，代替大跨度屋架；由基础承受——施工设计时要注意承受水平推力的基础的做法；由侧面结构物承受——要求此结构必须有足够的抗侧力刚度；由侧面水平构件承受——一般有设置在拱脚处的水平屋盖构件承受，水平推力先由此构件作为刚性水平方向的梁承受，在传递给两端的拉杆或竖向抗侧力结构；此外还应注意当拱承受过大内力时的失稳现象；防止失稳的办法是在拱身两侧加足够的侧向支撑点。
二拱结构的案例分析阿罗丝渡槽如右图，渡槽设设计为一个124ft(37.8m)长，支撑在间隔62ft(18.9m)的支架上，两端伸臂各长31ft(9.45m)的单元。
拱结构及其案例分析
拱结构及其案例分析陈阅2班76号A.拱的定义在梁端加一水平力H，就能改变各截面受力状态；如果H的大小，作用点选得合适，可使梁的各截面处于受压或受弯状态，能提高梁的承载力，这就形成了拱，如图可见，拱结构是有推力的结构。
拱结构的外形一般是抛物线，圆弧或折线，目的是使供体各截面在外荷载、支撑力和推力作用下基本上处于受力或较小偏心受压状态，从而大大提高拱结构的承载力如图拱结构的控制尺寸包括：跨度l、失高f和截面尺寸。
拱结构的适用范围很大，从1.5~2.0m跨度的地下通道顶盖到几十米甚至上百米跨度的体育馆和拱桥。
例如清华大学综合体育中心、东凯尔勃莱德游泳馆等都采用拱结构。
拱结构的支撑形式一般有四种，如下图所示，由图a到图d分别为为：a.拉杆拱，b.落地拱，c.由框架支撑的拱，d.由水平屋盖支撑的拱。
B.拱的受力分析a.如下图所示是拱在集中荷载作用下的受力图简支拱的弯矩M与简支水平梁对应截面的弯矩M0相等。
拱的剪力Q和轴力N 等于简支水平梁对应截面上剪力Q0的两个投影。
即M= M0Q= Q0cosφN=- Q0sinφ式中，φ是拱各点切线的倾角，自水平轴至杆轴切线为逆时针方向时φ为正号。
b.如下图所示是拱在均布荷载作用设拱的轴线为抛物线，其方程为y=4fx(l-x)/l2求出相应的简支水平梁的弯矩和剪力M0=0.5qx(l-x) Q0=q(0.5l-x)因此，拱的内力为M=0.5qx(l-x)Q= q(0.5l-x)cosφN=- q(0.5l-x)sinφ其M图，Q图，N图分别如下图φ计算Q和N时，先要由轴线方程的一阶导数求出tgφ=dy/dx=4f (l-2x)/l2,再由此式求得截面的倾角φ。
C.三绞拱受力分析拱结构中一种比较合理的方式是三绞拱，如图所示内力计算M= M0-Hy，Q= Q0cosφ-HsinφN= -Q0sinφ-Hcosφ其中H=M0C/f ,M0和Q0分别是简支水平梁的弯矩和剪力，φ是拱各点切线的倾角，自水平轴至杆轴切线为逆时针方向时φ为正号。
拱式结构体系
拱式结构体系在本小节中我们要给大家介绍拱式结构体系的组成、优缺点及适用范围；拱式结构体系的合理布置原则及及受力特点。
在房屋建筑和桥梁工程中，拱是一种十分古老而现代仍在大量应用的结构型式。
它是以受轴向压力为主的结构，这对于混凝土、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。
而且能获得较好的经济和建筑效果。
因而很早以前，拱就得到了十分广泛的应用。
在我国，很早就成功地采用了拱式结构。
公元605～616年隋代人在河北赵县建造的单孔石拱桥一安济桥（又称赵州桥），横越交河，跨度37.37m。
它距今近1400年，虽经多次地震，而巍峨挺立，是驰名中外的工程技术与建筑艺术完美结合的杰作。
在古代的西方，建造了许多体型庞大、气魄雄伟的拱式建筑。
在建筑规模、空间组合、建筑技术与建筑艺术等方面都取得了辉煌的成就，并对欧洲与世界建筑产生巨大的影响。
古罗马最著名的穹顶（半圆拱）结构，当推公元前27～14年建造，后因焚毁并于公元120～123年重建的罗马万神庙（图1-29）,其中央内殿为直径43.5m的半圆球形穹顶，穹顶净高距地面也是43.5m。
它是古罗马穹顶技术的最高代表作，也是世界建筑史上最早、最大的大跨结构。
图1-29罗马，万神庙a一剖面图；b一平面图；c一穹顶（半圆拱）结构近、现代的拱式结构应用范围很广，而且型式多种多样。
例如著名的澳大利亚悉尼歌剧院（图1-30，始建于1957年）是大家熟知的建筑，处于深入海中的半岛上。
建筑形象的基本元素一一拱壳，不但是主要的结构构件，而且是一个符号，一种象征，一个母题，它既象“白帆”、“浪花”，又象盛开的巨莲，使人产生丰富的联想。
图1-30澳大利亚悉尼歌剧院一、拱结构的类型及其受力特点拱的类型很多，按结构组成和支承方式，拱可分为三铰拱、两铰拱、和无铰拱三种，如图1-31。
图1-31拱结构计算简图a)三铰拱b）两铰拱c）无铰拱三铰拱为静定结构，两铰拱和无铰拱为超静定结构。
流体力学 拱结构分析算例课件
吊杆的两端输入铰接条件
35
原先建模时吊杆作为梁单元存在所谓的固 端约束，现释放为铰接约束条件
Fluid Mechanics and Machinery 流体力学与流体机械
吊杆的两端输入铰接条件
单元号(开)
选项>添加/替换
输入边界条件
单选 ( 节点 : 1 ) 选择>添加 ;
支承条件类型>Dx, Dz, (开)
33
单选 ( 节点 : 11 ) 选择>添加 ;
支承条件类型>Dz (开)
Fluid Mechanics and Machinery 流体力学与流体机械
节点1和节点11边界约束
34
约束左端铰支条件 约束右端滚动支座条件
拱结构分析算例课件介绍使用MIDAS/CIVIL的拱 建模助手生成梁单元组成的拱结构
例题分析拱高度(H)和长度(L)之比(H:L)分别为1:4、
1
1:5和1:7的拱结构，比较其产生的位移和内力
输入材料和截面特性 定义边界约束 运行结构分析 查看结果
建立梁结构模型
主梁和吊杆梁模型 拱肋模型 建立吊杆铰接约束
在名称一栏中键入均布荷载
Fluid Mechanics and Machinery 流体力学与流体机械
建立静力荷载工况
在类型一栏中选择 用户定义的荷载 点击添加，然后关闭
38
1tonf/m大小的均布荷载，使用梁单 元荷载功能输入
Fluid Mechanics and Machinery 流体力学与流体机械
Fluid Mechanics and Machinery 流体力学与流体机械
拱结构及其案例分析
拱结构及其案例分析陈阅2班76号A.拱的定义在梁端加一水平力H，就能改变各截面受力状态；如果H的大小，作用点选得合适，可使梁的各截面处于受压或受弯状态，能提高梁的承载力，这就形成了拱，如图可见，拱结构是有推力的结构。
拱结构的外形一般是抛物线，圆弧或折线，目的是使供体各截面在外荷载、支撑力和推力作用下基本上处于受力或较小偏心受压状态，从而大大提高拱结构的承载力如图拱结构的控制尺寸包括：跨度l、失高f和截面尺寸。
拱结构的适用范围很大，从1.5~2.0m跨度的地下通道顶盖到几十米甚至上百米跨度的体育馆和拱桥。
例如清华大学综合体育中心、东凯尔勃莱德游泳馆等都采用拱结构。
拱结构的支撑形式一般有四种，如下图所示，由图a到图d分别为为：a.拉杆拱，b.落地拱，c.由框架支撑的拱，d.由水平屋盖支撑的拱。
B.拱的受力分析a.如下图所示是拱在集中荷载作用下的受力图简支拱的弯矩M与简支水平梁对应截面的弯矩M0相等。
拱的剪力Q和轴力N 等于简支水平梁对应截面上剪力Q0的两个投影。
即M= M0Q= Q0cosφN=- Q0sinφ式中，φ是拱各点切线的倾角，自水平轴至杆轴切线为逆时针方向时φ为正号。
b.如下图所示是拱在均布荷载作用设拱的轴线为抛物线，其方程为y=4fx(l-x)/l2求出相应的简支水平梁的弯矩和剪力M0=0.5qx(l-x) Q0=q(0.5l-x)因此，拱的内力为M=0.5qx(l-x)Q= q(0.5l-x)cosφN=- q(0.5l-x)sinφ其M图，Q图，N图分别如下图φ计算Q和N时，先要由轴线方程的一阶导数求出tgφ=dy/dx=4f (l-2x)/l2,再由此式求得截面的倾角φ。
C.三绞拱受力分析拱结构中一种比较合理的方式是三绞拱，如图所示内力计算M= M0-Hy，Q= Q0cosφ-HsinφN= -Q0sinφ-Hcosφ其中H=M0C/f ,M0和Q0分别是简支水平梁的弯矩和剪力，φ是拱各点切线的倾角，自水平轴至杆轴切线为逆时针方向时φ为正号。
拱结构概述及理论分析解析
内力计算
a
P
MK
K
NK φK
HA A
yKQK
xK VA
P
MK0
VA0
QK0
弯矩：
M
0 K
VA0 xK
P(xK
a)
M K VA xK P(xK a) H A yK
MK
M
0 K
H A yK
剪力： QK VA cosK P cosK H sin K
由水平刚度大、位于拱脚处的刚性水平构件来传递 水平推力。传力路径：拱脚——刚性水平结构—— 两端的总拉杆。
当水平构件刚度足够大时，可认为水平推力是自相 平衡，不传递给柱子。 室内无拉杆，可充分利用室内建筑空间，效果较好。
水平推力由基础直接承受
利用地基基础直接随水平推力，不需立柱支承。 当地质条件好时可采用，此时基础尺寸大，材料 用量多。
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 桥需要设置特殊的、可以抵抗推力的桥墩。
推力桥墩！
前南斯拉夫电影：《桥》
• 黑山塔拉河谷大桥 就是要炸掉这里，阻止德军快速修复这座桥。
现代拱结构的应用
现代拱结构的应用：
桥梁：
1977年， 世界第二
美国新河峡谷大桥：主跨518m，最大钢桁拱桥
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：
拱式结构案例分析
建筑结构
从施工图可以看出， 该建筑的拱形采用的是 加泰罗尼亚拱。所以造 型很轻薄。 同时建筑技术的要求也 不是很高，这为当地人 民提供了一种实用的建 筑形式，并未当地剩余 劳动力提供了就业机会。
拱结构的受力特点
（一）、支座反力 1、在竖向荷载作用下，拱脚支座内将产生水平推力； 2、在竖向荷载作用下， ；
3、当结构跨度与荷载条件一定时
（HA=HB）与拱的矢高f成反比。
为定值，拱脚水平推力
• 是使构件摆脱弯曲变形的一种突破性发展，因此，拱结构比桁 架结构的力学优点更加显著，而且它为抗压性能好的材料提供 了一种理想的结构型式。
建筑结构
该建筑的结构形式为砖石 砌体的拱式结构。结构从内部 可以一目了然。 砖石砌体是一种传统的建筑技 术，不管在我国还是西方都拥 有悠久的历史。 而该建筑所采用的结构形式是 对加泰罗尼亚拱结构与建造的 传承。
建筑结构——砖石砌体拱结构的两种形式
加泰罗尼亚拱 ：常见于西班牙加泰罗尼亚地区建筑的地下
• 以上是拱式结构比梁式结构受力合理的地方，同时拱式结构中 以轴力为主，可以使用廉价的材料，并可充分发挥这类材料的 抗压承载力，得到广泛应用。
• 当拱脚地基反力不能有效地抵抗水平推力时，拱便成为曲梁。
建筑简介
南非马篷古布韦展览中心位于林波波河和沙谢两河流域的交汇 之处，是为收藏和展示南非史前文物而设计，其用途和建造方式都 是对于该地区历史文化的保护——收藏的史前文化将会为游客们展 示本地生态和历史，而建筑本身采用的圆顶构成元素，特别采用坚 固土磁砖材质，融汇当地人民的设计智慧和劳动参与，并将在当地 村庄里延用推广这些建筑方法。同时，该中心的大多数建造材料也 来源于当地，与周围自然环境极好的融合在一起，其可持续性和环 保性也深受评委青睐。
拱结构简介
3、剪力计算 QKVAcoφK sP1coφK sHsφK in (V AP1)cφ oKsHsφK in
Q K 0 V A 0 P 1 V A P 1 Q AQ K 0co φ K sHφ sKin （4-3）
四、三铰拱计算公式的建立
a1
b1
a2
y HA A
P1
φK
K
C
xK
yK f
x
b2 P2
B
VA l1
l2
VB
l
三铰拱计算简图
HA0 = 0 A
P1 KC
P2
B
xK
VA0
VB0
简支梁计算简图
1、支座反力计算
MB 0 MA 0
VA
1 l (P1b1
P2b2
)
VB
1l (P1a1
P2a2
)
HB
V
A
V B
4、轴力计算
xK VA0
P1
MK0
VA0
QK0
VB0
NKVAsiφ nKP1siφ nKHcφK os
(V AP1)sφ iK nHcφK os
Q K 0 V A 0 P 1 V A P 1
N KQ K 0siφ K nHφ cKo（4s-4）
五、三铰拱的合理拱轴的概念
（1）定义：在给定荷载作用下，拱各截面只承受轴力，而 弯矩、剪力均为零，这样的拱轴称为合理拱轴。
即：拱的所有截面上都处于无弯矩状态时的拱轴线。纯受压状 态的合力拱轴是一种理想状态。因为这一状态只可能对应一种 确定不变化的荷载（恒载或静力荷载）才做得到。实际设计中， 合理拱轴是针对主要荷载，并使在各类荷载的不利组合下拱的
midas-拱结构分析
3 拱结构分析概述分析拱高度(H)和长度(L)之比(H:L)分别为1:4、1:5和1:7的拱结构，比较其产生的位移和内力。
图3.1 分析模型¾材料钢材类型 : 1: Grade3¾截面拱肋 : 箱形 1000 × 1000 × 20 mm主梁 : 箱形 1000 × 1000 × 20 mm吊杆 : 工字形截面500 × 200 × 10 /16 mm¾荷载均布荷载 : 10.0 tonf/m设定基本环境打开新文件，以‘拱.mgb’为名存档。
设定长度单位为‘m’, 力的单位为‘tonf’。
文件 / 新文件文件 / 保存(拱)工具 / 单位体系长度 > m ; 力 > tonf ↵在截面名称栏里可以直接输入截面名称或者选择数据库栏里的所需截面。
选择截面后会自动输入截面的主要数据和刚度数据。
点击 键可以查看刚度数据。
图 3.3 定义材料 图 3.4 定义截面建立节点和单元用拱建模助手功能建立高度和长度的比为1:4的模型 1的拱肋。
梁单元 (beam element)是直线单元, 所以把拱曲线分为若干个直线(segment)单元。
正面, 捕捉点 (关), 捕捉轴线 (关)捕捉节点 (开), 捕捉单元 (开), 自动调节 (开)模型 / 结构建模助手 / 拱输入/编辑类型 > 抛物线形 1 ; 分割数量 ( 10 )跨度( 50 ) ; 高度( 12.5 ) ; 边界条件>无材料>1: Grade3 ; 截面>1: 拱肋和主梁插入插入点 ( 0, 0, 0 )旋转> Alpha ( 0 ) ; Beta ( 0 ) ; Gamma ( 0 ) ↵图 3.5 拱建模助手对话框图 3.6 生成拱肋模型 1用扩展单元功能来建立模型 1的吊杆。
模型 / 单元 / 扩展单元节点号(开), 消隐(开),观察缩小单元后的形状(开), 标准视图, 窗口选择 ( 节点 :2 ~ 10 )扩展类型>节点Æ线单元 单元属性>单元类型>梁单元 材料>1: Grade3 ; 截面>2: HN 500×200×10/16 Beta 角 ( 90 )生成类型>投影 ; 投影形式>将节点投影在直线上定义基准线P1 ( 0, 0, 0 ), P2 ( 50, 0, 0 ) 或 P1 ( 节点1 ),P2 ( 节点 11 )方向>法向 ↵图 3.7 建立吊架消隐是显示线单元的截面形象的功能。
8、拱结构
• •
第二节 承受拱水平推力的结构处理手法
• 承受拱的水平推力，可采取下面几种结构处理方法： • （1）利用地基基础直接承受水平推力,因为拱脚直接落地，拱端部的建
筑空间高度较小，故建筑上采用亍仏库戒小型体育健身房一类建筑。
• （2）利用侧面框架结构承受水平推力。
• （3）利用拉杆承受水平推力。
拱的应用范围
• 由亍拱结构丌仅受力性能较好，而且形式多种多样，有利亍丰富建筑 的外形，是建筑师比较喜爱的一种结构型式。拱结构适用跨度范围极 广，是任何其他结构型式所丌及的。它丌仅适合大跨度结构，如跨度 达100m以上的桥梁，也适用亍中小跨度的房屋建筑，广泛应用亍各种 宽敞的公共建筑物，如展览馆、体育馆、商场等。现代还有一些纪念 观赏性的拱结构，如美国圣路易市的杰佛逊纪念碑，为高177m的丌锈 钢拱。上海卢浦大桥钢结构拱的跨度达550m，比已建成最大的美国西 弗古尼亚大桥还长。
第八章 拱结构
水建学院土木工程系
第一节
•
拱的结构特点不优缺点
拱是一种历史悠久、至今仍在大量应用的结构形式。古今中外的能工巧匠和工程 师们为我们创造了许多杰出的拱结构典范，至今仍为人们所称道，如我国古代的 赵州桥、古罗马的半圆拱券城门、哥特式建筑的尖拱等。当构件截面上承受均匀 的应力作用(独向拉力戒压力作用)，材料的利用效率最高，往往形成性能良好的 结构体系。拱结构主要承受压力，可利用和发挥抗压强度相对较高而又容易得到 的天然石材、烧结砖，当然现代的拱结构还可用钢筋混凝土戒钢材建造。 拱结构是使构件摆脱弯曲变形的一种突破性发展，它为抗压性能好的材料提供了 一种理想的结构型式 。 丌过，拱结构的支座（拱脚）会产生水平推力，跨度大时这个推力丌小，要对付 这个推力将是一桩麻烦而又耗费材料的事。由亍拱结构的这个缺点，故实际工程 应用上，桁架还是比拱用得更普遍。
拱结构
•
这种小支撑板有三种形式： 玻璃、金属和天窗。次体育场 还采用了更多的利于环境的设 计，例如雨水收集、自然采光 与通风，以及其他众多的可持 续发展的材料选择。
谢谢观赏
10级建筑十班
学号：
学生：
澳大利亚墨尔本矩形体育场
• 墨尔本矩形体育场是考克斯(Cox architects)建筑事务所最新的体育设施 项目，很快会在这个澳大利亚体育之都落成。2010年完工后，体育场将能 容纳3万名观众。
建筑的思虑来源
• 该建筑的设计亮点是它立 面上装配有数以万计的LED灯的、 水泡形的生态园拱的运用。
•
屋顶的灵感来源于布克敏 斯特·富勒（Buckminster fuller)的 网格球顶。并且其独特的悬臂 设计能够给予下面的座位提供 绝佳的视线。体育场同时容纳 一个体育医疗设备和管理中心， 以服务于该城市众多的体育组 织。
建筑结构档处并由传统的小 支撑加固。然而该设计比较 精巧从而比一般的悬臂结构 节省了50%的钢材，但是施工 过程中却需要脚手架来支撑。 一旦小支撑就位，脚手架就 可以移除，屋顶将能自己稳 固支撑。
拱结构
拱的形式：按照组成和支座方式不同分为三铰拱、两铰拱和无
铰拱三种。 按照外形分有半圆拱和抛物线拱。 拱结构的优点：界面较小，充分的利用了抗压性能的好材料。 缺点：水平推理的存在是一件麻烦且费材料的事。 拱结构的适用范围：跨度可达到上百米以上，形成巨大的空 间，常用来建造商场、展览馆、体育馆等......
拱的结构分析
摘 要 ： 用 节 点 柔 度 矩 阵 的方 法 ， 过 求 逆 和 刚 度 平 移 矩 阵 最 后 形 成 曲杆 单 元 刚 度 矩 阵 ， 用 卡 氏第 二 定 理求 采 通 采
出单 元 荷 载 等 效 节 点 力 ， 后 与节 点荷 ￣ ．ｎ 形 成 结 构 荷 载 ． 过 计 算 对 比 ， 度 大 大 提 高． 然 Ｊ， Ｊ 通 精 关 键 词 ： 结 构 ； 点 柔 度 矩 阵 ； 元 刚度 矩 阵 ； 元 荷 载 拱 节 单 单
中图 分 类 号 ： ＴＵ３ １ １ 文献 标识 码 ： Ａ
引
Hale Waihona Puke 言 在 现代 结构 工程 ， 其是桥 梁工 程 中 ， 尤 曲杆 结构 的应 用 已经 相 当广 泛． 曲杆 结构 具 有 独 特 的流 线 型 结
构 ， 条流 畅 、 线 明快 ， 意境 生动 ， 能够 给人 以美 的感受 ． 拱 是 工程 实 际中最 常用 的 曲杆 结构 形式 ， 别是在 桥梁 工程 中得 到极 为广泛 的应用 ， 如桥 梁上 常用 特 例 的钢筋混 凝土 拱 桥和石 拱 桥 ， 隧道 等地下 结构 中常 采用 钢筋 混凝 土拱 圈作衬 砌 ， 在 在房 屋建 筑 中有 时也采 用 拱形 的房 屋和 门窗 过梁 等． 结构 最重要 的 特性是 在竖 向荷 载作 用下 会产 生水 平推 力． 于水平 推力 的 拱 由 存 在 ， 的 弯矩要 比跨 度 、 拱 荷载 相 同的梁 的弯矩 小得 多 ， 并且 主 要是 承受 压 力 ． 国可 谓 拱 桥 的 国度 ， 中 我 其 驰名 中外 的河北 赵州 桥就 是代 表之 一． 曲杆结 构在 现代 建筑 中更是 比比皆是 ， 但在 结 构分 析 特别是 大 型电 算 的精 度 和效率 方 面还有 待 进一步 发展 ． 传 统 的平 面 曲杆构件 的 内力 分析 ， 采用矩 阵位 移法 时 ， 多用 直 杆单 元 来 代 替 曲杆 ， 大 即用 多 段 折 线杆 件 来代替 曲杆 ， 样处 理无 疑会 使精 度降低 ． 次 ， 线部 分 的直 杆单 元 在进 一 步 细 分 时 必 然在 宏 观 尺 寸 这 其 折 的 比例 上相差 太 多 ， 也是 影 响精度 的一个 重 要因素 ． 这 本 文 以平 面 曲杆 单元作 为分析单 元 ， 通过 求解节 点 柔度 矩 阵 ， 而 得 到节 点 刚 度矩 阵 ， 进 然后 通 过 建 立 单 元 的刚度 平移 矩 阵的方 法 ， 最后建 立 曲杆单 元 刚度矩 阵 ． 中首 次 采用 卡 氏第 二 定 理 ， 过 求解 任 意 一 文 通
《拱式结构案例分析》课件
南京大剧院
南京大剧院以其独特的拱形屋顶，成为城市地 标和建筑奇观。
卡塔尔拉丁长廊
卡塔尔拉丁长廊的拱形结构犹如艺术品，为人 们提供独特的空间体验。
结论
拱式结构以其独特的造型和良好的结构性能，在建筑设计领域具有重要的价值和广阔的发展前景。
参考文献
以下是本课件所引用的相关文献： - 文献1 - 文献2 - 文献3
设计原则
拱式结构的设计需要考虑力学原理、施工工 艺和使用需求等因素。
拱式结构的应用
桥梁建设
拱式结构在桥梁建设中具有广泛应用，如拱 桥和悬索桥。
建筑物
拱式结构也被用于建筑物的设计，如教堂、 博物馆和购物中心。
体育场馆
许多体育场馆采用拱形屋顶结构，提供良好 的观赏视野和空间感。
其他应用领域
此外，拱式结构还可以用于地下隧道、车库 和机场等各种场所。
古代的拱式结构
古代文明中的拱式结构，如古希腊的拱桥和罗马建筑中的穹顶，展现了拱式结构的卓越能 力。
现代的。
应用
现代建筑中普遍使用拱式结构，使建筑更加美观 和稳固。
拱式结构的设计
特点
拱式结构的特点包括优美的造型、较高的稳 定性和合理的力学分布。
《拱式结构案例分析》 PPT课件
这是一份关于拱式结构的案例分析课件，介绍了拱式结构的概述、历史背景、 设计原则、应用领域、优缺点及案例分析等内容。
概述
拱式结构指的是一种基于拱形的建筑结构，它具有独特的形态和良好的结构性能。本节将介绍拱式结构 的定义和使用原因。
历史背景
起源和发展
拱式结构的起源可以追溯到古代文明时期，随着技术的进步，拱式结构的应用范围逐渐扩 大。
拱式结构的优点和缺点
1 优点
《拱式结构案例分析》课件
杭州西湖：以拱桥、拱门、拱廊等 为主要形式，体现了江南园林的婉 约之美。
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
北京颐和园：以拱桥、拱门、拱廊 等为主要形式，体现了皇家园林的 恢宏气势。
扬州瘦西湖：以拱桥、拱门、拱廊 等为主要形式，体现了江南园林的 婉约之美。
其他领域中的拱式结构
建筑领域：如桥梁、隧道、房屋等 交通领域：如铁路、公路、地铁等 水利领域：如大坝、水闸、渡槽等 军事领域：如掩体、工事、碉堡等
建筑中的拱式结构
拱式结构是一种古老的建筑形式，广泛应用于桥梁、隧道、房屋等建筑中。 拱式结构的优点包括：承受压力能力强、稳定性好、美观等。 拱式结构的缺点包括：施工难度大、成本高、对地基要求高等。 拱式结构的应用案例包括：罗马斗兽场、巴黎圣母院、北京天坛等。
园林中的拱式结构
苏州拙政园：以拱桥、拱门、拱廊 等为主要形式，体现了江南园林的 婉约之美。
材料要求高：需要高强度、耐腐蚀的材料 施工难度大：需要精确的测量和施工技术 抗震性能差：在地震作用下容易发生破坏 维ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ成本高：需要定期检查和维护，以确保结构的稳定性和安全性
拱式结构在不同领域的应用前景
建筑领域：广泛应用于桥梁、隧道、房屋等 结构中，具有较高的承载能力和抗震性能
军事领域：应用于军事设施中，具有较高的抗 冲击性能和抗爆性能
Part Two
拱式结构的概述
拱式结构的定义
拱式结构是一种建筑结构形式，由拱形构件组成 拱形构件可以是拱、拱肋、拱圈等 拱式结构具有较强的承载能力和稳定性 拱式结构广泛应用于桥梁、建筑、隧道等领域
拱式结构的分类
按照形状分类：圆拱、椭圆 拱、抛物线拱等
按照材料分类：钢筋混凝土 拱、钢拱、木拱等
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拱结构及案例分析
一拱结构的分析
拱结构式是建筑工程中常用的结构之一，是一种主要承受轴向压力并由两端推力维持平衡的曲线或折线构件。
拱结构由拱圈及其支座组成。
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。
拱圈主要承受轴向压力，与同跨度的梁相比，弯矩和剪力较小，从而能节省材料、提高刚度、跨越较大空间。
拱的类型，按材料分：土拱、砖石拱、木拱、混凝土拱、钢筋混凝土拱、刚拱等；按拱轴线型分：圆弧拱、抛物线拱、悬链线拱等；按所含铰的数目分：三铰拱、双铰拱、无铰拱等；按拱圈截面形式分：实体拱、箱形拱、桁架拱等。
如下图为拱的分类图：
拱结构的受力分析：
如上图，当拱承受均布荷载时，主要靠的压力和推力支撑，由Th
Mx=
+
ch
可知，支撑弯矩靠力臂的改变，而力臂的增加靠形态的改变。
因此拱的外形一般是抛物线、圆弧线或折线，目的是使拱体各截面在外荷载、支撑反力和推力作用下基本处在受压或较小偏心受压状态，从而大大提高拱结构的承载力。
当拱自身重力产生的弯矩Mx为0 时，此时称为合理拱轴线（也叫压力线），即截面产生的弯矩为0。
当选择拱轴线时，偏于合理拱轴线以上的为负弯矩，偏于合理拱轴线以下的为正弯矩，与合理拱轴线相交的点的弯矩为0 。
拱结构在设计中最重要的是水平推力的处理。
在实际工
程中常用的有以下几种做法：
由拉杆承受水平力——优点是结构自身平衡，使基础受
力简单；可用作上部结构构件，代替大跨度屋架；
由基础承受——施工设计时要注意承受水
平推力的基础的做法；
由侧面结构物承受——要求此结构必须有
足够的抗侧力刚
度；
由侧面水平构件承受——一般有设置在拱脚处的水平屋盖构件
承受，水平推力先由此构件作为刚性水平方向的梁承受，在传递给
两端的拉杆或竖向抗侧力结构；此外还应注意当拱承受过大内力时
的失稳现象；防止失稳的办法是在拱身两侧加足够的侧向支撑点。
二拱结构的案例分析
阿罗丝渡槽
如右图，渡槽设设计
为一个124ft(37.8m)长，
支撑在间隔62ft(18.9m)
的支架上，两端伸臂各长
31ft(9.45m)的单元。
对结
构进上受力分析：承受的
荷载主要是竖向和沿长
度方向的力。
竖向的主要
是渡槽自身的重力和水
的重力，属于均布荷载。
沿长度方向是承受的弯
矩M，剪力V以及对变形的处理，包括挠度、裂缝和伸缩缝。
设计阿罗丝渡槽的基本思路是采用内侧双向压力的方法设计阿罗丝渡槽的基本思路是采用内侧双向压力的方法，消除任何可能出现的混凝土龟裂，避免渡槽槽壁漏水。
a 结构的选型，选用U行槽既增大了蓄水量又减小了槽壁对水流的摩阻力。
b 支架间距和渡槽长度及伸臂尺寸的选择，既考虑到了沿程区域地形、道路情况的影响和沿程公路的路基高度，渡槽下的使用空间，也考虑了构件在承受荷载时的受力情况，如下图：
由渡槽的重力和水的重力产生的弯矩在沿整个渡槽长度方向都是负值，只有渡槽单元中点和伸臂的自由端处弯矩为0 ，在中间支承截面上的负弯矩最大。
c 沿长度方向渡槽应满足使用要求，需满足：
M外≤M承
V外≤V承
变形要求：挠度、裂缝、温度应力（主要是伸缩缝的设置）
d 防止截面漏水：为了避免渡槽因受拉而产生裂缝，就需要使渡槽承受纵向压力。
如上述b中的处理就是到达这一效果，但是同时却使渡槽的顶部承受拉力，因此采用后张力法预应力使混凝土槽壁在各向受压，以防止渗漏，如下图
由于受到水压力的作用在渡槽的内壁承受横向水压力，如图：。