《大跨结构拱索》ppt课件

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1、第七章大跨结构－拱、悬索及壳体折板、结构体系7.1、拱和悬索结构体系7.2、壳体和折板结构体系7.1拱和悬索结构体系梁：部分受拉、部分受压，应力分布不均匀，不能充分利用材料的强度。对梁施加一偏心压力，可使梁各截面处于受压或压弯状态，从而提高梁的承载力——形成拱同样，对梁施加一偏心拉力，也能使梁各截面处于受拉或拉弯状态，形成拉杆，其极端情况为“索”拱分为三铰拱、两铰拱和无铰拱拱和悬索结构受力特点对于梁，截面抗弯力臂为:ηhb对于拱：抗弯力臂为：h(矢高）对于索，抗弯力臂为：h（垂度）由于拱或悬索矢高或垂度h较大

2、，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。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；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

3、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。拱的竖向加劲和水平方向加劲处理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，见下图示。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，即使采用抛物线形拱，拱顶仍有弯矩作用，截面也有弯矩产生，但其值很小；3、无铰拱

4、，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：Cηhb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分析拱结构设计要点：（3）拱脚设计拱脚设计：1）在拱脚两端用水平拉杆连接，以抵抗拱脚水平推力；2）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；3）拱脚两端推力由侧面建筑物承受；4）拱脚两端推力由侧面水平构件承受。拱结构设计要点：（4）拱截面设计矩形截面开洞丫髻沙大桥桁架拱柱拱结构墙拱结构平面屋盖和筒壳屋盖比较由于H>>

5、h,边梁高度可以适当减少，因此，筒壳屋盖也比平面屋盖有很大优越性平面屋盖：荷载由板沿横向传给梁，梁的最大纵向应力与梁截面的平方成反比，即σmax∝1/h2；筒壳屋盖：荷载由壳体与边梁组成的弧形截面大梁传给端隔板和柱，此时，壳板顶部受压，整个边梁受拉，最大纵向应力与筒壳全高的平方成反比，即σmax∝1/H2；筒体单元受力状态及内力估算Nx、Nφ为纵向及横向法向力；Sxφ＝Sφx＝S为顺剪力；Mx、Mφ为纵向及横向弯矩；Vx、Vφ为纵向及横向剪力；Mxφ、Mφx为扭矩；筒壳内力简化分析1、长筒(l1/l2≥3)：

6、壳身内力Nx及S与梁相似，可按梁简化分析；2、短筒(l1/l2≤1/2)：壳身弯曲内力很小，可按薄膜理论估算内力Nx、Nφ及S；3、中长筒壳(1/2

7、组成。索网由0.5-5mm的高强钢丝组成。边缘构件受压，采用砼拱梁、环梁等，须有足够的刚度，以便承受索的内拉力。悬索作用产生支承处的是向内拉力索网结构的结构形式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。悬索

8、结构支承处理方法1、用斜向牵索将悬索拉到基础上3、设置封闭环梁平衡内拉力4、设置竖拱和扁圆环梁相结合体系平衡内拉力5、设置横向水平桁架和纵墙体系或横向水平框架和立柱体系平衡内拉力2、设置对称斜撑体系平衡内拉力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索网美国雷利竞技场采用斜拉索的屋盖体系悬索结构建筑实例7.2球壳的空间作用杆结构与面结构的比较梁和拱属于杆结构，板和壳