CN1109789C

CN1109789C - 建筑结构拱

Info

Publication number: CN1109789C
Application number: CN92101456A
Authority: CN
Inventors: 谢锡范; 杨晴萱
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-03-02
Filing date: 1992-03-02
Publication date: 2003-05-28
Anticipated expiration: 2007-03-02
Also published as: CN1068381A

Abstract

建筑结构拱由带竹节的拱圈块、拱圈块连接装置和带底拱脚组成的新型拱结构。薄壳既提高拱圈块的内压又消除拱的压力。

Description

建筑结构拱

本发明属建筑工程和桥梁工程领域。

迄今为止，在该领域内，从未见使用过，亦未见著任何文献资料。其新颖性和创造性尚可从现行的高校试用教材《桥梁工程》(同济大学三校合编，人民交通出版社出版，1982年4月第3次印刷)中得到明证，或者从交通部组织编写的《公路桥涵设计手册拱桥》上得到佐证，也可以通过《结构力学》(高等学校试用教材，湖南大学西南交通大学长沙铁道学院编，李廉锟主编，人民教育出版社出版，1981年版)查证，或者从结构手册上查证，也可以通过建筑结构文献(Q41、Q44、E01和C)检验。

普通拱圈均采用耐压不耐拉的脆性材料，例如石拱桥。利用拱圈石的高抗压性能，已做到单跨120米左右，但这类桥梁都产生极大的推力，因而不仅要求有良好的地基和庞大的墩台，而且跨度也受到严重限制，致使材料的耐压能力亦不能充分发挥。一般说来，耐压材料质轻价廉，而耐拉材料质重价昂。采用耐拉材料作拱圈，除经济上不允许外，更由于自重关系而使跨度受到制约。为了充分利用拱圈受力的优点，同时改善拱圈受力的不利点，历代力学工作者，尤其是桥梁工作者，从事过多方面的尝试和努力，提出过各种组合；也取得过卓越成就，例如创造了预应力混凝土拱，桁架拱，各种系杆拱，钢桁拱，双曲拱等，使拱桥跨越能力提高到200米左右。

美国专利局于1973年7月30日授权的‘拱形单元构成的建筑结构及其建筑方法’的发明专利(US3748796号)中公开了一种型钢拱及其安装的方法，其特征在于建筑拱的槽型钢特点，使其单元可得到方便快捷的安装，但并不能解决提高拱的跨度和受力问题。欧洲专利局于1982年5月20日公开了专利‘结构方法及其构件’(0065873号)，其特征在于用单元直杆通过杆端关节连接成拱形结构，轻型多组合，但仍然不能解决拱的大跨度和受力问题。

本发明基于发现固体受压破坏时，具有液体受力性质，即固体的抗压能力与包裹其的壳体的抗拉能力相关。这意味着可以用壳体材料提高脆性材料的抗压能力，并降低壳体容重。从而使跨度增大到上万米。本发明的目的在于使拱的单跨跨度达到几千米或更大，以解决难以修建桥墩的跨海大桥的建筑或修建需要大尺度室内场地的建筑物。

从外型直观命名，本发明可称为竹节薄壳实心拱。

本发明适用于中型以上桥梁，大型和超大型桥梁，大型厂房屋盖，公共建筑，大规模的农用温室，甚至作为改造沙漠、改造月球气候的城市屋顶，也可用作大型水库的拦水坝等。特别适用于大型桥梁标准化。

建筑结构拱由三部分组成(请见图示)：1，带竹节薄壳的拱圈块；2，拱圈块连接装置；3，带底拱脚。

所谓竹节，是指拱圈块的接连口，也对薄壳起加固作用。竹节可以用螺栓连接，也可以用其他方法连接。拱圈块除园、长方和方形外，也可以用其他形状，但必须是外有耐拉材料包裹的薄壳，内填耐压材料的实心体。

拱圈块连接装置指螺栓或特制箍扣。

带底拱脚指拱圈块在拱脚部分能平放墩台，同时使拱圈实心部分受压可靠，因而必须是焊接或用其他方法连接的密封金属板。

薄壳除承受压力外，还必须承担全部拉力。

总之，与现行拱圈比较有下列优点：

1，跨度大：由于结构受力条件优越，所以比现行最大拱圈跨度可以增加几倍，甚至几百倍。将成为所有桥梁结构方式中可能达到的最大跨度。

2，适用范围广：由于拱圈无外推力产生，整体性强，具有良好的抗地震能力，因而适宜作各类建筑的屋盖，特别适宜于用作大型和超大型桥梁建筑。地震处同样适用。

3，取材广泛：薄壳可以用各种金属材料制作，如合金，钢铁，铜铝等。也可以用抗拉的非金属材料，如玻璃钢或其他组合纤维编制品。心体部分可以是各种耐压的混凝土或其他填实的高分子聚合物。

4，经济性：由于材料抗拉、抗压和抗扭等能力发挥得充分和恰当，施工简便，又可减少墩台圬工量，因此与同样大的跨度的现行桥梁相比，一般均能节省百分之二十以上的造价。

5，容易标准化和工业化：由于结构受力能力适应性强，容易标准化设计和工业化制作。这样不仅能保证质量，简化安装，而且可进行长途运输，避免不必要的设厂制作。

图1为园形拱圈块构成的拱圈立面图。拱圈块之间的连接是在竹节处用螺栓完成的。

图1-I-I为图1中I-I处的剖面图。外圈表明竹节上具有螺栓孔；带影荫线的中圈为薄壳的横剖面；内圈为填实的耐压材料的剖面。

图1-II-II为图1中II-II处的剖面图。其表明带底拱脚的金属板与壳体紧密连接。

图2为方形拱图块构成的拱圈立面图。拱圈块之间的连接是在竹节处用箍扣完成的。

图2-I-I为图2中I-I处的剖面图。外圈表明箍扣正好夹住竹节；带影荫线的中圈为薄壳的横剖面；内圈为填实的耐压材料的剖面。

图2-II-II为图2中II-II处的剖面图。其表明带底拱脚的金属板与壳体紧密连接。

图3为长方形拱圈块构成的拱圈立面图。拱圈块之间的连接是在竹节处用焊接完成的。

图3-I-I为图3中I-I处的剖面图。外圈表明竹节间的连接是焊接的；带影荫线的中圈为薄壳的横剖面；内圈为填实的耐压材料的剖面。

图3-II-II为图3中II-II处的剖面图。其表明带底拱脚的金属板与壳体紧密连接。

拱圈的数由所需的建筑物的宽度和所承担的外力来决定。拱圈与拱圈之间的连接，横向稳定性的锁定，都可采用常规的方式。但是对一座完整建筑物的拱圈来说，只能采用相同的一种拱圈块，不允许多种形式的拱圈块并存，而拱圈块之间的连接方式可互换选择。

Claims

1，一种建筑结构拱，其由受压的拱圈块和抗推的墩台或拉索组成，其特征在于上述拱圈块为

a，带竹节薄壳的拱圈块(1)，

b，拱圈两端具有带底拱脚(3)。

2，根据权利要求1所述的拱，其特征在于拱圈块为带竹节的薄壳内填实耐压材料的实心体。

3，根据权利要求1所述的拱，其特征在于拱圈具有带密封金属底板的拱脚。