拱结构的力学原理院系：药学院年级：2009姓名：谢翠翠学号：20095310229一、概述古代建筑，不仅造型精美，而且合理利用力学，完美地诠释了力与美结合产生的建筑外观多样性与结构的合理性。歌德曾经说过：“建筑是凝固的音乐，音乐是流动的建筑。”由此可见，建筑是美力学渗透于生活的各处的结晶。拱式自然界中常见的一种结构，拱桥，斗拱，穹顶……各种拱结构遍及生活各处，本论文主要通过拱的叙述来讲示其中的力学原理。二、内容（一）拱桥：拱桥中的力学原理，就是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，而这样的拱是只受压应力的.如果两者不是重合的，那就存在一定的弯矩应力。但一般情况在拱的弯矩小于相同跨度的梁的.我们知道石材的抗压性能是很好的，而抗拉性能是较抗压性能差的，通过拱的原理,就可以把抗压性能好的石材在抗压方面的特点充分利用,并且能避免抗拉方面的不足.。简单来说，就是把竖直向下纵向力，通过桥身内力转化为横向的力，最后作用到两边的基体，所以拱桥的选址要求桥的两边基础扎实。简支梁弯矩最大(使用于小跨度结构)；伸臂梁、多跨静定梁、三铰刚架、组合结构弯矩次之(使用于较大跨度结构)；桁架、具有合理拱轴线的三铰拱弯矩为零(使用于大跨度结构)。从梁到拱的发展过程，是一个不断探讨不断改进的过程，梁是用与荷载横交的直杆来承荷，且靠杆的抗弯、剪能力把力传到两端，可谓之“担”。当跨度大时，为充分发挥材料潜力，可将梁截面加高并敞开，而成为桁架梁。若取其上、下弦所围外形为M图形时，受力状态最好，则成拱形桁架梁。以下两例均为排架，当将梁端与柱刚接以减少弯矩峰值，即成刚架。若使柱向内倾，梁向上拱，其弯矩峰值能进一步减小，则成拱式刚架。拱的受力状态比拱形桁架梁与拱式刚架更好。拱结构的支座水平反力对任一截面都产生负弯矩，抵消了大部分荷载产生的正弯矩。结构将以受压为主。拱结构的几何形状提高了结构抵抗外荷载产生的弯矩，能覆盖较大空间。拱结构尽管有许多优点，外形也很美观。由于荷载的变异性，拱截面上有时不可避免的存在弯矩，这就制约了它的跨度进一步增加。拱结构是在荷载作用下主要承受轴向压力，有时也承受弯矩而有支座推力的曲线或折线的杆形结构。拱结构由拱圈（拱券）及其支座组成。支座可做成能承受垂直力、水平推力以及弯矩的支墩；也可用墙、柱或基础承受垂直力而用拉杆承受水平推力。拱圈主要承受轴向压力，较同跨度梁的弯矩和剪力为小，从而能节省材料、提高刚度、跨越较大空间，；同时，拱结构也有利于使用砖、石、混凝土等抗压强度高、抗拉强度低的廉价建筑材料。中国古代很多桥梁结构都采用拱桥，不仅因为拱所形成的弧形比直粱更稳定，另一方面，也考虑到了它的美观性，其中最著名的是赵州桥，历经千年风雨冲刷和洪水地震考验，至今仍发挥着重要作用。然而自重为2800吨的赵州桥，根基只是有五层石条砌成高1.55米的桥台，直接建在自然砂石上。在自然界之中，由于风沙雨水的侵蚀作用，许多山之间会形成天然的拱结构。（二）斗拱：斗拱是我国木构架建筑特有的结构构件，由方形的斗、升和矩形的栱、斜的昂成。斗栱由柱头的形式变化而来。也是解决出檐的重要手段。其作用：在结构上挑出承重，并将屋面的大面积荷载经斗栱到上，有一定的装用，又是建筑屋顶和屋身立面上的过渡，作为封建社会等级制度的象征和重要建筑的尺度衡量标准。增加屋檐宽度、延长滴水距离。承接部分荷载、均匀传递路径。丰富檐口造型、增添装饰效果。增强抗震能力、提高安稳程度。斗拱可分为：外檐斗拱，内檐斗拱，品字科斗拱，隔架斗拱。外檐斗栱从具体部位又分为柱头斗栱（柱头铺作/柱头科），（补间铺作/平身科），转角斗栱（角铺作/角科）、平座斗栱等。内檐斗拱：是指处在建筑物内檐廊及室内有关部位的斗拱。品字科斗拱：常用在大殿里面金柱部位及某些楼阁上的平座斗拱。隔架斗拱：常用在承重梁与随梁上下定档之间的一种斗拱，一般为...
