拱桥的受力原理
拱桥的受力原理:通过一个水平推力把原本由荷载产生的弯矩应力变成压应力或者大部分转化为压应力,拱区别于梁的最大之处就是存在水平推力,如果这个水平推力和支座反力以及作用于其上的荷载的合力的作用点和方向刚好通过拱的轴线,这样的拱就是合理拱。
拱的主要受力方式是压力,同时有剪力、拉力等等,所以,一般都以压力的受力分析为主,考虑在垂直荷载情况下的受力情况。三绞拱是最简单的拱桥形式,在机械原理中,其自由度等于0,所以可以用理论力学的方法计算出两片拱的受力情况,在承受均匀的垂直力的情况下,等截面拱的最优结构是抛物线。
拱桥的力学原理是基于弹性支承和压力传递的基本原理。拱桥的主要结构是拱,它由拱肋、拱顶和拱底组成。拱肋是拱桥的主要受力构件,它们将荷载传递给拱顶和拱底。拱顶和拱底是拱桥的两个支撑点,它们通过摩擦力和压力传递来承担荷载。
在竖直荷载作用下,拱端不仅有竖直反力,还有水平推力,适用于深谷大跨,地基坚实地区的桥梁。拱桥由拱圈、拱上结构,墩台及基础等部分组成,拱圈是桥跨结构的主要承载部分。拱圈以上的桥跨结构部分称为拱上结构,用以支承道碴桥面及活载。设计得合理的拱主要承受压力,而承受的弯矩和剪力较小。
并且能避免抗拉方面的不足.拱桥的抗压原理,作用于桥梁上的恒载、车道荷载、人群荷载均是方向向下的。拱桥的特点是把受到的压力分解成一个向下的力和两个水平向两端的力(向外的推力),例如把一个大木头放在桥上时,大木头所产生的压力会被传递到桥两端的地面。
梁式桥与拱式桥在受力上特征上最大的区别
1、受力特征可用理论力学简单分析,最大区别是梁式桥没有水平力,拱式桥有水平力。梁式桥以受弯为主,拱式桥以偏压为主。
2、梁式桥和拱式桥在受力上的最大区别在于支座反力的作用方向不同。梁式桥通过将荷载分散到桥面两侧的梁上,由桥墩承载,因此支座反力方向与地面垂直。这要求桥墩能够承受压力和拉力,因此在设计上需要更加严格。
3、梁式桥:由于外力(恒载和活载)的作用方向与承重结构的轴线接近垂直,故与同样跨径的其他结构体系比,梁内产生的弯矩最大,通常需要抗弯能力强的材料。拱式桥:其主要承重结构是拱圈和拱肋。
4、梁式桥,主梁为主要承重构件,受力主要表现为弯矩。梁式桥多采用钢筋混凝土或预应力混凝土建造,适用于中小跨径的桥梁。其优点在于能就地取材,工业化施工,耐久性好,适应性强,整体性好且美观。但其自重较大,限制了其跨越能力。
5、拱式桥以拱肋作为主要承重结构,受力特点为拱肋承受压力,并在支承处产生水平推力。主要材料包括圬工和钢筋混凝土,适用范围取决于材料选择。拱桥的优点在于其较大的跨越能力,相比钢桥和钢筋混凝土梁桥能节省大量材料,耐久性好,维护费用低,外观美观,结构简单,易于广泛应用。
6、拱式桥 拱肋为主要承重构件,受力特点为拱肋承压、支承处有水平推力。主要材料是圬工、钢筋砼,适用范围视材料而定。跨径从几十米到三百多米都有,目前我国最大跨径钢筋砼拱桥为170米。