拱拱结构

拱结构是一种主要承受轴向压力并由两端推力维持平衡的曲线或折线形构件。拱结构比桁架结构具有更大的力学优点。

在外荷作用下，拱主要产生压力，使构件摆脱了弯曲变形。如用抗压性能较好的材料（如砖石或钢筋混凝土）去做拱，正好发挥材料的性能。不过拱结构支座（拱脚）会产生水平推力，跨度大时这个推力也大，要对付这个推力仍是一桩麻烦而又耗费材料之事。由于拱结构的这个缺点，在实际工程应用上，桁架还是比拱用得普遍。

拱拱的第一类失稳

例如，图2所示的一个等截面圆拱在较小的均匀静水压载荷q作用下基本上处于轴心受压的形变形式。

当此载荷增大到临界值时，圆拱由轴心受压的变形形式突然转入受压-受弯的另一种变形形式（如图2中虚线所示）而发生屈曲，这种现象称为拱的第一类失稳。上式中E为材料的弹性模量（见材料的力学性能）；I为拱截面的惯性矩（见截面的几何性质）；R为拱的圆弧半径；α为图2中所标的角。

拱拱的第二类失稳

对图3a所示的扁平拱，在竖向载荷作用下，一开始就可能处于受压-受弯的变形状态，随着载荷q逐渐增大，其变形形式不变，但拱顶O点的竖向位移δ的增长速度可能大于载荷的增长速度，位移-载荷关系呈非线性（图3b）。当载荷增大到q_A值并使拱顶O点位移到A点后，虽然载荷不再增加（甚至减小），但拱顶位移仍继续增大，直到经过较大的位移而达到B点后才重新达到新的稳定平衡状态。因此，当载荷达到q_A（即临界载荷）时拱已失去承载能力，这种因产生较大位移而丧失承载能力的失稳现象称为拱的第二类失稳。

工程中常用的拱有三铰拱（图1a）、两铰拱（图1b）和无铰拱（图1c）三种。拱的轴线可以是圆弧、抛物线、悬链线等。在内力分析中，三铰拱属于静定结构；两铰拱属于一次静不定结构；无铰拱属于三次静不定结构。后两者可用力法进行分析。

在外载荷作用下，拱一般以受压为主，因此，除内力和变形外，还须作稳定性分析。拱内压力大到一定限值后，原有形式的平衡状态可能变为不稳定的。

拱的水平推力，可采取下面的几种结构处理方法：

（1）利用地基基础直接承受水平推力 ；

（2）利用侧面框架结构承受水平推力；

（3）利用拉杆承受水平推力。2100433B

拱为常见建筑结构之一，型态定义为中央上半成圆弧曲线。拱早期经常运用于跨迳大的桥梁或门首。又可分为箱形拱、圆弧拱、双曲拱、肋拱、桁架拱、刚架拱等。近年来，各国于诸如拱桥的设计上，除了讲究安全实用外，也强调拱轴线优化，连拱计算、拱式建筑荷载横向分布，使各种形式拱式建筑于完善。

拱最早是出现在公元前二千年的美索不达米亚的砖建筑，不过一直到古罗马时期才开始有系统的将拱应用在许多建筑结构中。

斗拱的种类很多，形制也很复杂，按斗拱在建筑物中所使用的位置划分，可以分为两类，凡是处于建筑物外檐部位的，为外檐斗拱；凡是处在内檐部位的叫内檐斗拱。 外檐斗拱又分为平身科斗拱、柱头科斗拱、角科斗拱。这三类斗拱是在室外常见的。有许多重要建筑室内也有其他各类的斗拱，如品字科斗拱、隔架科、丁头拱等。

角科斗拱平身科斗拱

是在柱与柱之间的枋梁之上所安置的斗拱。

角科斗拱柱头科斗拱

安装柱轴线上的斗拱。 是枋梁与柱之间的过渡构件。 用以承接梁架所传来的荷载，直接过渡到柱身向下传递的一种斗拱。 柱头科斗拱因梁架将其上的各种分散荷载集中起来，通过梁头传递给斗拱，其所承受的荷载较平身科为重，故其部分拱件断面尺寸也较大。

逆作拱墙结构型式根据基坑平面形状可采用全封闭拱墙，也可采用局部拱墙，拱墙轴线的矢跨比不宜小于1/8，基坑开挖深度h不宜大于12m，当地下水位高于基坑底面时，应采取降水或截水措施。当基坑开挖深度范围或基坑底士层为砂土时，应按抗渗条件验算土层稳定性。拱墙结构内力宜按平面闭合结构形式采用杆件有限元方法分析计算，作用于拱墙的初始水平力可按相关规程确定；当计算点位移指向坑外时，该位移产生的附加水平力可按m法确定；土体任一点最大水平压力不超过水平抗力标准值。