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第6章大跨结构 拱 悬索及壳体结构体系 拱和悬索结构为什么比梁更适用大跨度结构 对于梁 截面抗弯力臂为 hb对于拱 抗弯力臂为 h 矢高 对于拱 抗弯力臂为 h 垂度 由于拱或悬索矢高或垂度h较大 截面所承受的压力C或拉力T较小 大跨结构常用形式及优缺点 曲线构件的优点 1 大跨结构采用与自然压力线相近的形状 如抛物线或悬链线 2 对于曲线形结构所需要的抗弯力可以总体上加大结构体系的矢高 而不是截面高度来控制 曲线构件的缺点曲线表面作为楼面使用不方便 必须在基本曲线结构体系上支起或悬挂一个辅助平台体系 对于跨度超过30m以上的结构 用拱 悬索或壳体结构等曲线构件建造较为经济 拱结构设计要点 1 跨高比及压杆稳定 跨高比的确定 水平反力H与矢高h成反比 因此 通过增加矢高可以减少水平反力以及作用在截面上压力 这时承受实际荷载所需截面高度hb也可随之减小 理论上 跨高比可以达到50以上 但是 如截面高度减少过多 会带来压杆稳定问题 因此 实际设计时如无有效的竖向加劲处理和合理的侧向支撑 压杆跨高比应控制在12以内 有效提高压杆整体稳定性的方法是对拱压杆进行竖向及水平方向加劲处理 见下一页图示 拱的竖向加劲和水平方向加劲处理 拱结构设计要点 2 支座反力估算 在均布荷载作用下 1 抛物线形三铰拱截面上弯矩为零 即只受压力作用 2 两铰拱 拱顶有弯矩作用 即使采用抛物线形 截面也有弯矩产生 但其值很小 3 无铰拱 拱顶和拱底均有弯矩作用 情况与两铰拱类似 注意 截面弯矩为 C hb水平推力产生的抵抗矩为 Hh由于一般 H hb 在初步设计时可以由三铰拱公式估算两铰或无铰拱的支座反力 拱结构设计要点 3 拱脚设计 拱脚设计 1 在天然地基或桩基础上建造坚固的承台 以承受拱脚水平推力作用 2 在拱脚两端用水平拉杆连接 以抵抗拱脚水平推力 筒拱体系 注意 由于筒拱在拱方向上以受压为主 与拱垂直方向上以受弯为主 因此 长筒的静力分析与梁类似 而短筒的静力分析与拱类似 悬挂结构体系 悬挂结构设计要点 悬挂结构体系不会发生压曲 总跨高比L h可以达到10左右 柔性悬索在动力荷载作用下会产生摇摆或移动 对于悬索吊桥应沿桥面纵向设置加劲大梁或预应力拉索 对于建筑结构常采用曲线钢杆或预应力混凝土杆制作的刚性索 以避免过大柔度 拉索可以锚固在其他构件上以抵抗其水平反力 亦可以将拉索两端以刚度较大的水平构件 结构连接 而形成自锚体系 以上设计要点见下一页图 悬挂建筑结构采用刚性拉索 典型悬索吊桥采用的纵向加劲处理及拉索锚固方案 双向悬网 采用斜拉索的屋盖体系 本次课后思考题及下次课内容 思考题 1 观察一座钢拱桥 归纳其保证竖向及横向受压稳定性的方法2 观察大学城内一座体育馆悬挂屋盖建筑 归纳其结构设计特点下次课内
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