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6.2 工程中常见静定结构简介 三、三铰拱 四、桁架 返回 一、静定多跨梁 1.静定多跨梁的组成 简支梁、悬臂梁和外伸梁是静定梁中最简单的单跨梁，多用于跨度不大的情况。如门窗的过梁、楼板、屋面板、短跨的桥梁以及吊车梁等。 静定多跨梁是由若干单跨梁在适当位置用铰链连接而成的没有多余约束的几何不变梁。木屋盖的檩条、钢筋混凝土桥梁等，有时采用这种结构。如图所示的某桥梁结构，即为静定多跨梁。 静定多跨梁的几何组成可视为基本部分与附属部分的连接。在荷载作用下能独立维持平衡的部分称为基本部分；必须依靠基本部分才能维持平衡的部分称为附属部分。图a中：AC是外伸梁，其支座 A、B 与基础相连，能独立地维持平衡；伸臂梁 DF在竖向荷载作用下也能维持平衡，因此也是基本部分；悬跨梁CD则必须依靠基本部分才可维持平衡，所以它是附属部分。它们之间的关系可用层次图b表示。从图b中可清楚地看出附属部分对基本部分的依赖关系。 2.静定多跨梁的内力特征 在计算静定多跨梁的内力时，应先弄清梁的基本部分和附属部分，再将梁从铰接处拆成若干个单跨梁，从附属部分开始，逐步计算到基本部分。这样就将静定多跨梁的计算，转化为若干个单跨梁的计算，最后将各单跨梁的内力图拼在一起，就是多跨梁的内力图。 静定多跨梁由伸臂梁和短梁组合而成。短梁的跨度小于简支梁，所以弯矩也小；外伸梁由于外伸部分的负弯矩，使跨中弯矩也小于相同跨度的简支梁（下图示 ）。因此，一般来说，用料比较节省，但静定多跨梁的构造比较复杂，需要全面考虑。 记住：静定多跨梁的弯矩比系列简支梁的弯矩要小。 静定多跨梁的铰结点处，在无集中荷载作用时，其剪力无变化；在铰结点处弯矩为零。这是静定多跨梁内力的内力特征。 按受力特点分类，混凝土梁式桥可分为简支梁（板）桥、连续梁（板）桥和悬臂梁（板）桥。简支梁桥（图 a）属静定结构，是受力和构造最简单的桥型，应用广泛；连续梁桥（图 b）属超静定结构，在荷载作用下支点截面产生负弯矩，从而减小了跨中的正弯矩，增大了跨越能力，适用于桥基良好的场合；悬臂梁桥（图 c）属于静定 结构，跨越能力比简支梁桥大，但逊于连续梁桥，由于顶面混凝土容易开裂，影响混凝土耐久性，并且因行驶状况不良，目前较少采用。 二、静定刚架 1. 静定刚架的组成 静定刚架是由梁、柱一类直杆组成的具有刚结点的结构。当刚架受到外力作用时，在梁和柱的连接点处，其夹角总是不变的，故将这类结点称为刚结点。 （1） 悬臂刚架。如图所示，常见于火车站台、雨棚等。 （2） 三铰刚架。如图所示，常见于仓库、食堂、小型厂房等。 （3） 简支刚架。如图所示，常见于渡槽及起重机的钢支架等。 刚结点是刚架具备的主要结构特征 2. 静定刚架的内力特征 图 a 所示为一支承在立柱上的简支梁，图 b 所示为梁柱体系高度相同、跨度相同的刚架，比较二者在相同均布荷载作用下的弯矩图可知，刚架横梁跨中弯矩的峰值得到削减且分布较均匀。 刚架结构常用钢筋混凝土建造，为了节约材料和减轻结构自重通常将刚架做成变截面形式，柱梁相交处弯矩最大，截面增大，铰接点处弯矩为零，截面最小，所以刚架的立柱截面呈上大下小。根据建筑造型需要，立柱可做成里直外斜，或外直里斜。刚架多采用预制装配构件呈“Y”形和“┌”形，用这些构件可组成单跨、多跨、高低跨、悬挑跨等各式各样的建筑外形。屋脊一般在跨度正中间，形成对称式刚架，也可偏于一边，构成不对称式刚架，如下图d、e、f、g所示。图 h、i是杭州黄龙洞游泳馆结构示意图，该馆采用钢筋混凝土刚架结构，主跨为不对称刚架，屋脊靠左，使跳水台处有足够的高度，主跨右侧带有一悬挑跨，用作休息和其他辅助房间。 1.三铰拱的组成 拱结构是一种重要的结构形式，在桥梁和房屋建筑中经常采用。拱在我国建筑结构上的应用已有悠久的历史，例如河北赵县的石拱桥。 因支承及连接形式不同，拱可分为无铰拱（如下图 a 两铰拱（如下图b）及三铰拱（如下图 c）。三铰拱是由两根曲杆与基础用不在一直线上的三个铰两两相连组成的。由几何组成分析可知，无铰拱和两铰拱都是超静定的，三铰拱是静定的。 在桥梁和房屋建筑工程中，拱式结构的应用也较广泛，它适用于宽敞的大厅，如礼堂、展览馆、体育馆等。 北京体育馆能容纳 6 000 人，跨度 56 m，采用三铰拱钢桁架。桁架暴露于比赛大厅，桁架顶部设有天窗，以利采光和通风，如图所示。 2.三铰拱的内力特征 拱的内力计算比较复杂，下面给出某三铰拱的内力图，以体现三铰拱的内力特征。如图 a 所示的三铰拱，拱所受的荷载为竖向荷载，其内力图如图b、c、d 所示。 从图中可以看出三铰拱的内力图全为曲线，若与同跨度曲梁比较，其弯矩和剪力小些，而轴向压力则比曲梁大，这就是拱的内力特征。 在竖向荷载作用下，拱结构存在着水平推力