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| 三铰拱 |
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三铰拱(three-hinged arch)是拱结构的一种，是静定结构。三铰拱的基本特点是在竖向荷载作用下，除产生竖向反力外，还产生水平推力。推力对拱的内力产生重要的影响，由于存在水平推力，故三铰拱各截面上的弯矩值，小于与三铰拱相同跨度、相同荷载作用下的简支梁各对应截面上的弯矩值，因此，拱与相应简支梁比较，它的优点是用料比梁节省而自重较轻，故能跨越较大的空间。此外，由于拱主要是承受轴向压力，故建造时可以充分利用抗拉性能弱而抗压性能强的材料，如砖、石、混凝土等。但是，拱的缺点是构造比较复杂，施工费用较大。同时，由于推力的存在，拱需要有较为坚固的基础或支承结构(如墙、柱、墩、台等)。[1]
简介
拱作为一种常见的结构形式，无论是古代还是现代，都有着广泛的运用。在中国，以拱作为结构形式的桥梁——拱桥数量众多，历史悠久。赵州桥(如图1中a）所示)是一座空腹式拱桥，距今约1 500年。历经10次水灾，8次战乱，多次地震，可见拱结构的生命力之顽强。除了桥梁，土木的其他专业也有大量的拱结构。例如，水利工程中有拱坝(如图1中b）所示)，建筑工程中有拱形屋架(如图1中c）所示)等。 拱结构在竖向荷载作用下会产生水平推力。通常情况下，它的杆轴线是曲线。在竖向荷载作用下产生水平推力是拱结构区别于其他结构的重要特征，如图2中a）所示就是典型的三铰拱结构。而图2中b）所示结构在竖向荷载作用下并不能产生水平推力，因此并不是拱结构，而是曲梁。杆轴线是否为曲线并不是拱结构必须具备的特征，如图2中c）所示为三铰刚架，在竖向荷载作用下，也会产生水平推力，因此三铰刚架的本质也是一种广义的拱结构。拱的常用形式有三铰拱(如图2中a）所示)、两铰拱(如图2d所示)和无铰拱(如图2中e）所示)。对拱做几何组成分析可知。三铰拱为静定结构，两铰拱和无铰拱均为超静定结构。
特点
竖向荷载作用下产生水平推力的特征，使拱具有梁结构以及其他结构所不具有的受力特点： (1)在拱结构中，由于水平推力的存在，其各截面的弯矩要比相应简支梁或曲梁小得多，因此它的截面就可做得小一些，能节省材料、减小自重，跨越能力强。 (2)在拱结构中，主要内力是轴向压力，因此可以利用抗拉性能比较差而抗压性能比较强的材料构筑建筑物。 (3)由于拱结构会对下部支撑结构产生水平推力，因此它需要更坚固的基础或下部结构。同时，它的外形比较复杂，导致施工比较困难，模板费用也比较大。 前两点为拱结构的优点，而最后一点可以算是拱结构的缺点。因此，在工程结构中，经常使用拉杆将拱的水平推力转化为拉杆的拉力(如图3所示)。 拱的各个部位的名称如图4中a）所示：拱轴线为拱截面形心的连线；拱顶：拱结构的最高点；拱趾：拱两端与支座连接处；起拱线：拱趾之间的连线。拱的参数如图4中b）所示：L——跨度，为拱趾之间的水平距离；f——矢高，为两拱趾间的连线到拱顶的竖向距离；f/L——矢跨比，拱的主要性能与它有关，工程中这个值控制在1/10～1。