常用的拱形结构-结构力学

常用拱结构的形式有三铰拱（图4-3a）、拉杆拱（图4-3b）、两铰拱（图4-3c）和无铰拱（图4-3d）等几种。其中，三铰拱和拉杆拱是静定的，两铰拱和无铰拱是超静定的。本节主要介绍三铰拱的计算。

此处简要说明一下拉杆拱。在拱结构中，由于拱的支撑结构（柱、墙或基础等）需要提供足够的水平推力，其反作用力实际就是支撑结构要承受的力，这往往对支撑结构带来很大的影响，使得支撑结构在很高的造价下才得以形成对上部结构的约束。为了消除水平推力对支撑结构的影响，常在两支座间设置水平拉杆，如图4-3（b）所示。由于设置了水平拉杆，拱脚需要的水平推力通过拉杆在水平方向的拉力实现，拉力代替了水平推力，此时在支座处仅产生竖向反力，因此拉杆拱结构的内部受力情况与三铰拱完全相同，故称为带拉杆的三铰拱。

实际桥梁工程中，三铰拱是静定结构，其整体刚度较低，尤其是挠曲线在拱顶铰处产生转角，若将其用于桥梁结构，将致使活载对桥梁的冲击增强，对行车不利。拱顶铰的构造和维护也较复杂。因此，三铰拱除有时用于拱上建筑的腹拱圈外，一般不用作主拱圈，其应用受到限制。

图4-3

虽然两铰拱为一次超静定拱，支座位移或温度改变容易引起附加应力，但由于两铰拱取消了拱顶铰，构造比三铰拱简单，结构整体刚度比三铰拱好，维护也比三铰拱容易，而支座位移等产生的附加内力比无铰拱小，因此在地基条件较差和不宜修建无铰拱的地方，可采用两铰拱形式。

无铰拱属三次超静定结构，虽然支座位移等引起的附加内力较大，但在荷载作用下拱的内力分布比较均匀，且结构的刚度大，构造简单，施工方便，因此无铰拱是拱桥中，尤其是钢筋混凝土拱桥中普遍采用的形式，特别适用于修建大跨度的拱桥结构。

拱的组成如图4-4所示，各部分的名称及定义如下。

图4-4(www.xing528.com)

拱轴线：拱身各个横截面形心的连线。

拱趾：拱的支座。

跨度：两拱趾之间的水平距离。

拱顶：拱轴上距离起拱线最远的一点。三铰拱通常在拱顶处设置铰结点。

拱高（或矢高）：拱顶到起拱线之间的竖直距离。

高跨比（或矢跨比）：拱高与跨度的比值f/l。

两拱趾在同一水平高度的拱称为平拱，不在同一高度的则称为斜拱（图4-4c）。