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拱形的特點(diǎn)（拱形的特點(diǎn)是承受力大）

發(fā)布時(shí)間：2023-03-08 07:57:30 稿源：創(chuàng)意嶺閱讀： 141 問大家

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文章目錄列表:

1、列舉在生活中看到的拱形建筑物，并總結(jié)一下它們的共同特點(diǎn)。
2、什么是拱形梁，有哪些特點(diǎn)？
3、為什么橋梁的形狀是拱形?
4、拱形拱面橋的優(yōu)缺點(diǎn)

拱形的特點(diǎn)（拱形的特點(diǎn)是承受力大）

一、列舉在生活中看到的拱形建筑物，并總結(jié)一下它們的共同特點(diǎn)。

國(guó)家大劇院

國(guó)家大劇院外部為鋼結(jié)構(gòu)殼體呈半橢球形，平面投影東西方向長(zhǎng)軸長(zhǎng)度為212.20米，南北方向短軸長(zhǎng)度為143.64米，建筑物高度為46.285米，比人民大會(huì)堂略低3.32米，基礎(chǔ)最深部分達(dá)到-32.5米，有10層樓那么高。國(guó)家大劇院殼體由18000多塊鈦金屬板拼接而成，面積超過30000平方米，18000多塊鈦金屬板中，只有4塊形狀完全一樣。鈦金屬板經(jīng)過特殊氧化處理，其表面金屬光澤極具質(zhì)感，且15年不變顏色。中部為漸開式玻璃幕墻，由1200多塊超白玻璃巧妙拼接而成。橢球殼體外環(huán)繞人工湖，湖面面積達(dá)3.55萬(wàn)平方米，各種通道和入口都設(shè)在水面下。行人需從一條80米長(zhǎng)的水下通道進(jìn)入演出大廳。

悉尼歌劇院

悉尼歌劇院的外觀為三組巨大的殼片，聳立在南北長(zhǎng)186米、東西最寬處為97米的現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基座上。第一組殼片在地段西側(cè),四對(duì)殼片成串排列，三對(duì)朝北,一對(duì)朝南，內(nèi)部是大音樂廳。第二組在地段東側(cè)，與第一組大致平行,形式相同而規(guī)模略歌劇廳。第三組在它們的西南方，規(guī)模最小，由兩對(duì)殼片組成，里面是餐廳。其他房間都巧妙地布置在基座內(nèi)。整個(gè)建筑群的入口在南端,有寬97米的大臺(tái)階。車輛入口和停車場(chǎng)設(shè)在大臺(tái)階下面。悉尼歌劇院坐落在悉尼港灣，三面臨水，環(huán)境開闊，以特色的建筑設(shè)計(jì)聞名于世，它的外形像三個(gè)三角形翹首于河邊，屋頂是白色的形狀猶如貝殼，因而有“翹首遐觀的恬靜修女”之美稱。

趙州拱

趙州拱用于跨度比較小的橋梁比較合適，而大跨度的橋梁選用半圓形拱，就會(huì)使拱頂很高，造成橋高坡陡、車馬行人過橋非常不便。二是施工不利，半圓形拱石砌石用的腳手架就會(huì)很高，增加施工的危險(xiǎn)性。為此，李春和工匠們一起創(chuàng)造性地采用了圓弧拱形式，使石拱高度大大降低。趙州橋的主孔凈跨度為37.02米，而拱高只有7.23米，拱高和跨度之比為1：5左右，這樣就實(shí)現(xiàn)了低橋面和大跨度的雙重目的，橋面過渡平穩(wěn)，車輛行人非常方便，而且還具有用料省、施工方便等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)然圓弧形拱對(duì)兩端橋基的推力相應(yīng)增大，需要對(duì)橋基的施工提出更高的要求。

同濟(jì)大學(xué)大禮堂筒形網(wǎng)殼

拱形承載壓力的特點(diǎn)是：拱形承載重量時(shí)，能把壓力向下向外傳遞給相鄰的部分，拱形各部分相互擠壓，結(jié)合得更加緊密。拱形受壓會(huì)產(chǎn)生一個(gè)向外推的力，抵住這個(gè)力，拱就能承載很大的重量。

圓頂形承載壓力的特點(diǎn)是：它具有拱形承載壓力大的特點(diǎn)，而且不產(chǎn)生向外推的力。

二、什么是拱形梁，有哪些特點(diǎn)？

拱形梁是指其斷面在上下方向有位移。也就是說(shuō)弧形梁是水平的在平面圖中就能標(biāo)清（同一個(gè)斷面）；拱形梁是上下的存在標(biāo)高差只有在剖面圖或立面圖上才能標(biāo)明。

三、為什么橋梁的形狀是拱形?

拱形橋梁之所以比直線橋梁堅(jiān)固，是因?yàn)楣靶螛蛄旱男螤顬閳A弧形。圓弧形具有把所加的力均勻地分散開的特點(diǎn)。因此，當(dāng)給予相同的壓力時(shí)，能夠分散壓力的拱形橋梁比直線橋梁更為堅(jiān)固。

四、拱形拱面橋的優(yōu)缺點(diǎn)

1）采用圓弧拱形式,改變了我國(guó)大石橋多為半圓形拱的傳統(tǒng),我國(guó)古代石橋拱形大多為半圓形,這種形式比較優(yōu)美、完整,但也存在兩方面的缺陷：一是交通不便,半圓形橋拱用于跨度比較小的橋梁比較合適,而大跨度的橋梁選用半圓形拱,就會(huì)使拱頂很高,造成橋高坡陡、車馬行人過橋非常不便.二是施工不利,半圓形拱石砌石用的腳手架就會(huì)很高,增加施工的危險(xiǎn)性.為此,李春和工匠們一起創(chuàng)造性地采用了圓弧拱形式,使石拱高度大大降低.趙州橋的主孔凈跨度為37.O2米,而拱高只有7.25米,拱高和跨度之比為1:5左右,這樣就實(shí)現(xiàn)了低橋面和大跨度的雙重目的,橋面過渡平穩(wěn),車輛行人非常方便,而且還具有用料省、施工方便等優(yōu)點(diǎn).當(dāng)然圓弧形拱對(duì)兩端橋基的推力相應(yīng)增大,需要對(duì)橋基的施工提出更高的要求.

（2）采用敝肩.這是李春對(duì)拱肩進(jìn)行的重大改進(jìn),把以往橋梁建筑中采用的實(shí)肩拱改為敝肩拱,即在大拱兩端各設(shè)兩個(gè)小拱,靠近大拱腳的小拱凈跨為3．8米,另一拱的凈跨為2．8米.這種大拱加小拱的敝肩拱具有優(yōu)異的技術(shù)性能,首先可以增加泄洪能力,減輕洪水季節(jié)由于水量增加而產(chǎn)生的洪水對(duì)橋的沖擊力.古代**河每逢汛期,水勢(shì)較大,對(duì)橋的泄洪能力是個(gè)考驗(yàn),四個(gè)小拱就可以分擔(dān)部分洪流,據(jù)計(jì)算四個(gè)小拱可增加過水面積16％左右,大大降低洪水對(duì)大橋的影響,提高大橋的安全性.其次敝肩拱比實(shí)肩拱可節(jié)省大量土石材料,減輕橋身的自重,據(jù)計(jì)算四個(gè)小拱可以節(jié)省石料26立方米,減輕自身重量700噸,從而減少橋身對(duì)橋臺(tái)和橋基的垂直壓力和水平推力,增加橋梁的穩(wěn)固.第三增加了造型的優(yōu)美,四個(gè)小拱均衡對(duì)稱,大拱與小拱構(gòu)成一幅完整的圖畫,顯得更加輕巧秀麗,體現(xiàn)建筑和藝術(shù)的完整統(tǒng)一.第四符合結(jié)構(gòu)力學(xué)理論,敝肩拱式結(jié)構(gòu)在承載時(shí)使橋梁處于有利的狀況,可減少主拱圈的變形,提高了橋梁的承載力和穩(wěn)定性.

（3）單孔.我國(guó)古代的傳統(tǒng)建筑方法,一般比較長(zhǎng)的橋梁往往采用多孔形式,這樣每孔的跨度小、坡度平緩,便于修建.但是多孔橋也有缺點(diǎn),如橋墩多,既不利于舟船航行,也妨礙洪水宣泄；橋墩長(zhǎng)期受水流沖擊、侵蝕,天長(zhǎng)日久容易塌毀.因此,李春在設(shè)計(jì)大橋的時(shí)候,采取了單孔長(zhǎng)跨的形式,河心不立橋墩,使石拱跨徑長(zhǎng)達(dá)37米之多.這是我國(guó)橋梁史上的空前創(chuàng)舉.

趙州橋不僅設(shè)計(jì)獨(dú)特,而且建造技術(shù)也非常出色,有許多創(chuàng)造性.

（1）橋址選擇比較合理,使橋基穩(wěn)固牢靠.李春根據(jù)自己多年豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),經(jīng)過嚴(yán)格周密勘查、比較,選擇了**河兩岸較為平直的地方建橋,這里的地層是由河水沖積而成,地層表面是久經(jīng)水流沖涮的粗砂層,以下是細(xì)石、粗石、細(xì)砂和粘土層.根據(jù)現(xiàn)代測(cè)算,這里的地層每平方厘米能夠承受4．5到6．6公斤的壓力,而趙州橋?qū)Φ孛娴膲毫槊科椒嚼迕?——6公斤,能夠滿足大橋的要求.選定橋址后在上面建造地基和橋臺(tái),自建橋到現(xiàn)在,橋基僅下沉了5厘米,說(shuō)明這里的地層非常適合于建橋.

（2）趙州橋的砌置方法新穎、施工修理方便.李春就地取材,選用附近州縣生產(chǎn)的質(zhì)地堅(jiān)硬的青灰色砂石作為建橋石料,在石拱砌置方法上,均采用了縱向（順橋方向）砌置方法,就是整個(gè)大橋是由28道各自獨(dú)立的拱券沿寬度方向并列組合而成,拱厚皆為 1.O3米,每券各自獨(dú)立、單獨(dú)操作,相當(dāng)靈活,每券砌完全合攏后就成一道獨(dú)立拼券,砌完一道供券,移動(dòng)承擔(dān)重量的“鷹架”,再砌另一道相鄰拱.這種砌法有很多優(yōu)點(diǎn),它既可以節(jié)省制作“鷹架”所用的木材,便于移動(dòng)；同時(shí)又利于橋的維修,一道拱券的石塊損壞了,只要嵌入新石,進(jìn)行局部修整就行了,而不必對(duì)整個(gè)橋進(jìn)行調(diào)整.

（3）在保持大橋穩(wěn)定性方面采取了許多嚴(yán)密措施.為了加強(qiáng)各道拱券間的橫向聯(lián)系,使28道拱組成一個(gè)有機(jī)整體,連接緊密牢固,李春采取了一系列技術(shù)措施.l）每一拱券采用了下寬上窄、略有“收分”的方法,使每個(gè)拱券向里傾斜,相互擠靠,增強(qiáng)其橫向聯(lián)系,以防止拱石向外傾倒；在橋的寬度上也采用了少量“收分”的辦法,就是從橋的兩端到橋頂逐漸收縮寬度,從最寬9．6米收縮到9米,以加強(qiáng)大橋的穩(wěn)定性.2）在主券上均勻沿橋?qū)挿较蛟O(shè)置了5個(gè)鐵拉桿,穿過28道拱券,每個(gè)拉桿的兩端有半圓形桿頭露在石外,以?shī)A住28道拱券,增強(qiáng)其橫向聯(lián)系.在4個(gè)小拱上也各有一根鐵拉桿起同樣作用.3）在靠外側(cè)的幾道拱石上和兩端小拱上蓋有護(hù)拱石一層,以保護(hù)拱石；在護(hù)拱石的兩側(cè)設(shè)有勾石6塊,勾住主拱石使其連接牢固.4）為了使相鄰拱石緊緊貼合在一起,在兩側(cè)外券相鄰拱石之間都穿有起連接作用的“腰鐵”,各道券之間的相鄰石塊也都在拱背穿有“腰鐵”,把拱石連鎖起來(lái).而且每塊拱石的側(cè)面都鑿有細(xì)密斜紋,以增大摩擦力,加強(qiáng)各券橫向聯(lián)系.這些措施的采取使整個(gè)大橋連成一個(gè)緊密整體,增強(qiáng)了整個(gè)大橋的穩(wěn)定性和可靠性.

（4）趙州橋的橋臺(tái)獨(dú)具特色.橋臺(tái)是整座大橋的基礎(chǔ),必須能承受大橋主拱圈（橋身主體）軸而向力分解而成的巨大水平推力和垂直壓力.趙州橋的橋臺(tái)具有下述特點(diǎn)：l）低拱腳：拱腳在河床下僅半米左右；2）淺橋基：橋基底面在拱腳下1．7米左右；3）短橋臺(tái)：由上至下,用逐漸略有加厚的石條砌成5米長(zhǎng)、6．7米寬、9．6米高的橋臺(tái).這是一個(gè)既經(jīng)濟(jì)又簡(jiǎn)單實(shí)用的橋臺(tái).為了保障橋臺(tái)的可靠性,李春采取了許多相應(yīng)的固基措施.為了減少橋臺(tái)的垂直位移（即由大橋主體的垂直壓力造成的下沉）,李春采取了在橋臺(tái)邊打入許多木樁的措施,以此來(lái)加強(qiáng)橋臺(tái)的基礎(chǔ)；這種方法在今天的廠房、橋梁的建造上也經(jīng)常采用.為了減少橋臺(tái)的水平移動(dòng)（即由大橋主體的水平推力造成的橋臺(tái)后移）,李春采用了延伸橋臺(tái)后座的辦法,以抵消水平推力的作用.為了保護(hù)橋臺(tái)和橋基,李春還在沿河一側(cè)設(shè)置了一道金剛墻,一方面可以防止水流的沖蝕作用,另一方面金剛墻和橋基、橋臺(tái)連成一體,增加了橋臺(tái)的穩(wěn)定性.由以上措施保證了大橋具有堅(jiān)固的橋臺(tái),提高了大橋的堅(jiān)實(shí)程度.

趙州橋的敝肩圓弧拱形式是我國(guó)勞動(dòng)人民的一大創(chuàng)造,西方在14世紀(jì)才出現(xiàn)敝肩圓弧石拱橋,已經(jīng)比我國(guó)晚了600多年.英國(guó)著名中國(guó)科學(xué)技術(shù)史專家李約瑟博士在其巨著《中國(guó)科學(xué)技術(shù)史》中曾經(jīng)列舉了26項(xiàng)從1世紀(jì)到18世紀(jì)先后由我國(guó)傳到歐洲和其他地區(qū)的科學(xué)技術(shù)成果,其中的第18項(xiàng)就是弧形拱橋. 趙州橋建成后成為中國(guó)北南交通的要沖,有“坦途箭直千人過,驛使馳驅(qū)萬(wàn)國(guó)通”的美譽(yù).舟船在橋下航行,人馬車輛從橋上駛過,大大方便了交通運(yùn)輸和人民生活,為**河兩岸人員來(lái)往提供了便利條件.

這座大橋自建成至今已有130O多年,這期間經(jīng)歷了8次以上地震的影響,8次以上戰(zhàn)爭(zhēng)的考驗(yàn)；承受了無(wú)數(shù)次人畜車輛的重壓,飽經(jīng)無(wú)數(shù)次風(fēng)刀霜?jiǎng)?、冰雪雨水的沖蝕,卻雄姿不減當(dāng)年,仍巍然屹立在**河上.

解放以后,趙州橋被列為全國(guó)重點(diǎn)文物保護(hù)單位,有關(guān)部門對(duì)這一古代大橋進(jìn)行了徹底維修,以保持其輝煌的歷史地位.趙州橋已成為中國(guó)人民聰明智慧的象征和進(jìn)行愛國(guó)主又、歷史主又教育的場(chǎng)所. 趙州橋的建成在我國(guó)橋梁史上具有重要影晌,它的大跨度、圓弧拱、敝肩形式力以后的橋梁建設(shè)開創(chuàng)了新的天地.隋代以后,出現(xiàn)了杵多與趙州析相類似的大型拱橋,已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的就有十幾座,如山西崞縣的普濟(jì)橋、晉城的景德橋、河北趙縣的永通橋、濟(jì)美橋等.赳州橋已經(jīng)成為我國(guó)橋梁建設(shè)的典范.

然而象趙州橋這樣突出的技術(shù)成就和象李春這樣杰出的橋梁專家,在封建社會(huì)中并不為封建統(tǒng)治者所重視,甚至在史書中也沒有留下多少痕跡,我們除了知道隋朝工匠李春設(shè)計(jì)建造了這座舉世聞名的大橋外,其他卻一無(wú)所知,不能不說(shuō)是一個(gè)很大的遺憾.但是即使如此我們?nèi)匀粓?jiān)信：李春作為一代橋梁專家和趙州橋作為一座歷史名橋?qū)⒂垒d祖國(guó)史冊(cè),為后人所牢記.

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