关于拱结构分析.doc

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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
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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()长，支撑在间隔62ft()的支架上，两端伸臂各长31ft()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。
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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