江苏大学本科生课程课件江苏大学本科生课程课件 江苏大学土木工程与力学学院1 第四章 静定拱 概述概述 4.1拱拱结结构构：通通常常杆杆轴轴线线为为曲曲线线，在在竖竖向向荷荷载载作用下，支座产生作用下，支座产生水平推力水平推力的结构。的结构。 2 拱结构的组成2 2、拱结构的组成、拱结构的组成3三铰拱三铰拱三铰拱三铰拱两铰拱两铰拱两铰拱两铰拱 无铰拱无铰拱无铰拱无铰拱 带拉杆的三铰拱带拉杆的三铰拱带拉杆的三铰拱带拉杆的三铰拱斜拱斜拱斜拱斜拱高差高差高差高差h h静定拱静定拱静定拱静定拱超静定拱超静定拱超静定拱超静定拱超静定拱超静定拱超静定拱超静定拱静定拱静定拱静定拱静定拱静定拱静定拱静定拱静定拱 拱结构的种类 3 3、拱结构的种类、拱结构的种类4 1 1、弯矩比相应等代梁小；、弯矩比相应等代梁小； 2 2、用料省、自重轻、跨度大；、用料省、自重轻、跨度大； 3 3、可用抗压性能强的工程材料；、可用抗压性能强的工程材料； 4 4、造型美观，艺术表现力强；、造型美观，艺术表现力强； 5 5、构造复杂，施工费用高。、构造复杂，施工费用高。? 拱结构的特点4 4、拱结构的特点、拱结构的特点 5一、拱的内力计算原理仍然是一、拱的内力计算原理仍然是截面法截面法; ;二、拱通常受压力，所以计算拱时二、拱通常受压力，所以计算拱时 规定轴力以受压为正规定轴力以受压为正; ; . .三、实际计算时常将拱与相应三、实际计算时常将拱与相应等代梁等代梁对比对比通过公式列表完成计算。通过公式列表完成计算。 . . 三铰拱的内力计算 三铰拱的内力计算三铰拱的内力计算 4.26四、竖向荷载作用下三铰拱计算公式的建立四、竖向荷载作用下三铰拱计算公式的建立xKKABHA0 = 0P1VA0 VB0 P2C等代梁计算简图等代梁计算简图 1 1、支座反力计算、支座反力计算（4-1）（4-2）KAHBBHBHBHAVAVBP1fll1l2a2a1b2b1P2l1yKxKxyK三铰拱计算简图三铰拱计算简图 C当 时，结构为瞬变体系，此时， ，故瞬变体系不能作为结构。 三铰拱的内力计算1、三三铰铰拱拱的的竖竖向向反反力力与与其其等等代代梁梁的的反反力力相相等等，水水平平反反力力与与拱拱轴线形状无关；轴线形状无关；2、荷荷载载与与跨跨度度一一定定时时，水水平平推推力力与与矢矢高高成反比。成反比。7xKKABHA0 = 0P1VA0 VB0 P2C2 2、弯矩计算、弯矩计算KAHBBHBHBHAVAVBP1fP2yKxKxyKa2a1b2b1 （4-3）HAQKNKMKP1VAAKVA0 P1MK0QK0（4-4）3 3、剪力计算、剪力计算4 4、轴力计算、轴力计算（4-5）弯矩比相应等代梁小弯矩比相应等代梁小可用抗压性能强的工程可用抗压性能强的工程材料，计算时常通过公材料，计算时常通过公式、列表完成计算。式、列表完成计算。 三铰拱的内力计算8解：解： 1 1、计算支座反力、计算支座反力2 2、计算各截面内力、计算各截面内力 例例4-14-1 试作图示三铰拱的内力图。拱轴方程为试作图示三铰拱的内力图。拱轴方程为q= 1kN/mCA4mBHVAP=4kNHVB10234567882=16m=7kN=5kN=6kN=6kN 三铰拱的内力计算9截面截面1 1 2 2、计算各截面内力、计算各截面内力 （4-34-3）由式（由式（4-44-4） （4-54-5）。67kN776kN6Q1M1N1102m2m1 1、计算原理仍然是截面法；、计算原理仍然是截面法；2 2、拱轴线方程主要用于确定截面的位置及、拱轴线方程主要用于确定截面的位置及其法线方向，从而确定截面上的剪力和轴力其法线方向，从而确定截面上的剪力和轴力方向；方向；3 3、注意左半拱截面的方向角为正，右半拱、注意左半拱截面的方向角为正，右半拱截面的方向角为负。截面的方向角为负。 三铰拱的内力计算10 三铰拱的内力计算 3 3、内力图绘制、内力图绘制弯矩图绘制弯矩图绘制11弯矩图绘制弯矩图绘制等代梁弯矩图等代梁弯矩图水平推力引起的弯矩图水平推力引起的弯矩图竖向荷载作用下拱结构的受力特点竖向荷载作用下拱结构的受力特点1 1、三铰拱与对应的等代梁相比，弯矩要小三铰拱与对应的等代梁相比，弯矩要小得多，其原因是水平推力的存在所致；得多，其原因是水平推力的存在所致； 三铰拱的内力计算12剪力图绘制剪力图绘制 三铰拱的内力计算13轴力图绘制轴力图绘制竖向荷载作用下拱结构的受力特点竖向荷载作用下拱结构的受力特点2 2、拱截面上的轴力较大，且一般为压力；拱截面上的轴力较大，且一般为压力；3 3、总体来看，拱比梁更能发挥材料的作用，总体来看，拱比梁更能发挥材料的作用，适合较大的跨度和较重的荷载，便于利用抗适合较大的跨度和较重的荷载，便于利用抗压性能好而抗拉性能差的材料。压性能好而抗拉性能差的材料。 三铰拱的内力计算14表表4-14-1：三铰拱各截面内力计算表：三铰拱各截面内力计算表内力计算时，常通过内力计算时，常通过公式、列表完成公式、列表完成 三铰拱的内力计算15五、五、 合理拱轴的概念合理拱轴的概念定义：在给定荷载作用下，拱各截面只承受轴力，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，这样的拱轴称为而弯矩、剪力均为零，这样的拱轴称为合理拱轴合理拱轴。写出任一截面的弯矩表达式，令其等于零即可确写出任一截面的弯矩表达式，令其等于零即可确定合理拱轴。定合理拱轴。1、合理拱轴的概念、合理拱轴的概念 2、合理拱轴的确定、合理拱轴的确定 合理拱轴?16例例 4-2 4-2 设三铰拱承受沿水平方向均匀分布的竖向荷载，试设三铰拱承受沿水平方向均匀分布的竖向荷载，试求其合理拱轴线。求其合理拱轴线。 qABCl/2l/2xyfqABlxql/2 ql/2解法解法1：相应简支梁的弯矩方程为相应简支梁的弯矩方程为推力推力H为：为：可得三铰拱合理拱轴的轴线方程为可得三铰拱合理拱轴的轴线方程为 ：令：令： 合理拱轴17解法解法2：设三铰拱承受沿水平方向均匀分布的竖向荷载，试求其合理拱轴线。设三铰拱承受沿水平方向均匀分布的竖向荷载，试求其合理拱轴线。 解：解：研究整体研究整体任一截面的弯矩任一截面的弯矩 ：qABCl/2l/2xyfAxql2/(8f) M（x）qql/2 y研究研究AC整理后，可得三铰拱合理拱轴的轴线方程为整理后，可得三铰拱合理拱轴的轴线方程为 ： 合理拱轴18谢谢各位专家谢谢各位专家评委给予指导评委给予指导江苏大学理学院土木工程系江苏大学理学院土木工程系 19