拱桥是什么样的?
中国的拱桥始建于东汉中后期,已有一千八百余年的历史。它是由伸臂木石梁桥、撑架桥等逐步发展而成的。在形成和发展过程的外形都是曲的,所以古时常称为曲桥。在古文献中,还用“囷”、“窌”、“窦”、“瓮”等字来表示拱。
拱桥。造型优美,曲线圆润,富有动态感。单拱的如北京颐和园玉带桥,拱券呈抛物线形,桥身用汉白玉,桥形如垂虹卧波。多孔拱桥适于跨度较大的宽广水面,常见的多为三、五、七孔,著名的颐和园十七孔桥,长约150米,宽约6.6米,连接南湖岛,丰富了昆明湖的层次,成为万寿山的对景。河北赵州桥的“敞肩拱”是中国首创,在园林中仿此形式的很多,如苏州东园中的一座。
我国建造拱桥的历史要比以造拱桥著称的古罗马晚好几百年,但我国的拱桥却独具一格。形式之多,造型之美,世界少有。有驼峰突起的陡拱,有宛如皎月的坦拱,有玉带浮水的平坦的纤道多孔拱桥,也有长虹卧波、形成自然纵坡的长拱桥。拱肩上有敞开的(如大拱上加小拱,现称空腹拱)和不敞开的(现称实腹拱)。拱形有半圆、多边形、圆弧、椭圆、抛物线、蛋形、马蹄形和尖拱形,可说应有尽有。
孔数上有单孔与多孔,多孔以奇数为多,偶数较少,多孔拱桥,如果当某孔主拱受荷时,能通过桥墩的变形或拱上结构的作用将荷载由近及远的传递到其它孔主拱上去,这样的拱桥称为连续拱桥,简称连拱;江浙水乡的三、五、七、九孔石拱桥,一般是中孔最大,两边孔径依次按比例递减,桥墩狭薄轻巧,具有划一格局,令人钦佩。由于桥孔搭配适宜,全桥协调匀称,自然落坡既便于行人上下,又利于各类船只的航运。杭州市城北的拱辰桥是三孔的一例,建于明崇祯四年(1631年)。有的桥孔多达数十孔,甚至超过百孔,如1979年发现的徐州景国桥,就有104孔,估计它是明清桥梁。多跨拱桥又有连续拱和固端拱,固端拱采用厚大桥墩,在华北、西南、华中、华东等地都可见到,连续拱只见于江南水乡。按建拱的材料分有石拱、木拱、砖拱、竹拱和砖石混合拱。
以承受轴向压力为主的拱圈或拱肋作为主要承重构件的桥梁,拱结构由拱圈(拱肋)及其支座组成。拱桥可用砖、石、混凝土等抗压性能良好的材料建造大跨度拱桥则用钢筋混凝土或钢材建造,以承受发生的力矩。按拱圈的静力体系分为无铰拱、双铰拱、三铰拱。前二者为超静定结构,后者为静定结构。无铰拱的拱圈两端固结于桥台,结构最为刚劲,变形小,比有铰拱经济,结构简单,施工方便,是普遍采用的形式,但修建无铰拱桥要求有坚实的地基基础。双铰拱是在拱圈两端设置可转动的铰支承,结构虽不如无铰拱刚劲,但可减弱桥台位移等因素的不利影响,在地基条件较差和不宜修建无铰拱的地方,可采用双铰拱桥。三铰拱则是在双铰拱的拱顶再增设一铰,结构的刚度更差些,拱顶铰的构造和维护也较复杂,一般不宜作主拱圈。拱桥按结构形式可分为板拱、肋拱、双曲拱、箱形拱、桁架拱。拱桥为桥梁基本体系之一,一直是大跨径桥梁的主要形式。拱桥建筑历史悠久,20世纪得到迅速发展,50年代以前达到全盛时期。古今中外名桥(如赵州桥、卢沟桥、悉尼港桥、克尔克桥等)遍布各地,在桥梁建筑中占有重要地位,适用于大、中、小跨径的公路桥和铁路桥,更因其造型优美,常用于城市及风景区的桥梁建筑。
受力好,节省建筑材料.具有水平推力的结构。
在竖直荷载作用下,拱的两端不仅有竖直反力,而且有水平反力;由于水平反力的作用,拱的弯距大大减小。如在均布荷载q作用下,简支梁的跨中弯矩为1/8*q*L*L,而拱轴为抛物线的三角拱的任何截面弯矩均为零。设计合理的拱轴,主要承受压力,弯距、剪力都较小,故拱的跨越能力比梁大的多。这也是为什么以前拱桥比较多的原因。
因为拱形桥拥有多样优点,且经过时间的考验,证明拱形设计的长处值得信任。以笔者对桥梁的认知,拱形桥有四大有点,第一,缓冲能力强;第二,适应范围广;第三,建造成本低;第四,发展前景高。
第一,缓冲能力强;对比平桥,拱桥的缓冲能力要强得多。众所众知,当曲面面对冲击力时,可以分散冲击力,不至于让冲击力集中在一点,继而减少冲击力对曲面的损伤。拱桥通过其设计让桥面呈现曲面状,当桥面受到冲击以及承重之时,就可以将力道分散到拱圈以及桥基之上,避免发生因为冲击以及过载而导致桥面坍塌,造成伤亡。这样的安全性,较之平桥要好的多。
第二,适应范围广;拱桥的设计结构多变,能够适应不同的地理环境,例如拱桥就有板拱、肋拱、双曲拱、箱形拱、桁架拱等等,多种多样的设计方案。这就让拱桥的适应范围,得到了极大的扩张。甚至可以根据建桥之地的情况,可以对设计适当予以调整。在需要防范洪水等灾害情况的地域,拱桥也能很好的适应,拱桥孔洞可以分散水流减少冲击,甚至可以直接设计成大跨度的单孔拱桥。
第三,建造成本低;拱桥历经长时间的考验,其设计基本都已成熟。而且在建造之时,所需要做的事便是打好地基,设计好拱形架构即可。例如像是无铰拱这类现代桥梁的结构,主体是依托于桥基而建造,无需那么复杂的设计。所以在建造之时,拱桥的建造成本相对较低,而且建造方式也来的更简单一点。
第四,发展前景高;古人积累而来的拱桥建造经验,是一笔宝贵的财富。这些经验加上现代技术的发展,可以让拱桥的应用再次变得广泛。中国古代拱桥虽然会被现代拱桥替代,但是它仍旧是拱桥。甚至随着技术的进步,原本的拱桥设计也会新的光芒,促进更多新式拱桥的诞生。
赵州桥的珍贵还在于设计上有许多独特的地方。这么长的石拱桥,下面却没有一个桥墩支撑,桥基位于河的两岸,整个桥身是一个单孔的大石拱,从下面看去,就像一道横跨在河面上的长虹。古代的洨河水势很大,每逢夏秋两季,几条河流的河水汇合在这里,形成波涛汹涌的洪流,如果桥洞太小,水流不畅,不仅容易造成上游洪水泛滥,并且可能把桥梁冲毁。跨径大的单孔桥,就解决了这个问题。不仅如此,在大石拱两端的肩头上,还各加了两个小石拱,首创了世界上敞肩拱的新式桥型。不但使桥型更加匀称、轻巧、美观,并且减少了洪水时桥身对洪水的阻碍面积,减少了大拱的负载。
赵州桥的外观装饰,也是精心杰作的艺术品。桥面的两边,都砌有石雕栏杆,栏杆上雕刻着古朴精美的图案。这些图案有的是两条飞龙缠绕,嘴里还吐着水花;有的是双龙前爪两两相抵,而龙头又回首远望;有的则刻着二龙戏珠。同样的动物,却是千姿百态,变化多端。
赵州桥是我国古代建筑工程中的杰出创造,是我国的宝贵遗产。解放以后,党和政府在1952年就开始对赵州桥进行了全面彻底的修复,1961年被列为全国重点文物保护单位,古老的赵州桥经过修缮,又焕发了青春。
2 其次,拱桥可以提高排水泄洪能力,想象一下就知道了~
3 相对来说,拱桥比较美观吧,看看全国各地的各式各样的拱桥,可以说没有千篇一律,而是各具特色,美观垂羡!
拱式桥:
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。
优点:跨越能力较大;与钢桥及钢筋砼梁桥相比,可以节省大量钢材和水泥;能耐久,且养护、维修费用少;外型美观;构造较简单,有利于广泛采用。
缺点:由于它是一种推力结构,对地基要求较高;对多孔连续拱桥,为防止一孔破坏而影响全桥,要采取特殊措施或设置单向推力墩以承受不平衡的推力,增加了工程造价;在平原区修拱桥,由于建筑高度较大,使两头的接线工程和桥面纵坡量增大,对行车极为不利。
1从宏观受力的角度分析,拱桥最大的特点是其构件主要是受压,而直桥形式应该是这样几种结构:梁桥、悬锁桥(吊桥)、斜拉桥,斜拉桥,梁桥的受力主要是跨中弯矩,悬锁桥(吊桥)主要是受拉。
通过比较,可以得出拱形桥是最实用的桥。
梁桥是车子到哪哪里就受压,拱桥是周围的都在受力,悬索桥除了自身以外还有绳索的力,所以,拱桥是受力最合理的桥梁,同时加工建筑材料造价低,但只抗压不抗拉,合理的拱桥拱圈结构只受压力不受拉力,加工建筑材料能够发挥最大的力学性能,桥上荷载通过拱圈传递推力给拱座,拱座一般为大体积重力式结构承受拱圈传递的推力
【桥梁从建筑材料角度来看,最主要是石材和木材,木材在强度和耐久性上远不及石材,石材的受压能力大大强于其受拉受弯能力。】
2桥梁从建筑材料角度分析
拱桥:利用石材的受压,可以通过一块一块的小石块挤压形成较大跨径,受力合理,适用广泛。 梁桥:受弯拉,简单说只能用厚重的条石搭在桥墩上实现,所以跨径小,浪费材料,也不便施工,而且桥下过水面积小不便通航和泻洪。 悬锁桥(吊桥)受拉,自重轻,跨径大,稳定性差,一般由铁链、藤锁类等材料建造,受材料地域和耐久性以及地质条件限制应用不是很广泛。
3从微观受力角度分析:
拱形桥是半圆凸弧,顶端F合=G-F压(即向心力),Vmax=根号GR ,到达顶端时,向心力全部由重力充当,根据圆周运动公式可得出以下结论:
车辆行人上桥到下桥过程中
1.线速度V=s/t=2πR/T
始终不变
2向心力F心=mV2/R=mω2R=m(2π/T)2R
始终不变
3对桥的压力比平地时要小
F合=G-N
所以N=G-F合〈G (F合=mg-ma)
综上所述,拱形桥在多方面比其他桥梁更普遍,更实用。