[實用新型]虹梁拱結構

有效

• 申請號: 201420747893.1
• 申請日: 2014-12-03
• 公開（公告）號: CN204417986U
• 公開（公告）日: 2015-06-24
• 發明（設計）人: 杜連生
• 申請（專利權）人: 杜連生
• 主分類號: E01D4/00
• 分類號: E01D4/00;E01D19/00
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

所屬技術領域

本項目對宋代名畫《清明上河圖》內一座我國獨創的木拱橋原型結構進行變革創新，為現代拱橋和拱結構建筑提供新穎、獨特的構造技術。

背景技術

一，宋朝“虹梁”原型結構

北宋畫家張擇端在《清明上河圖》(注1)精確繪錄的這座木拱橋——“虹梁”(泛名“虹橋”亦稱“虹梁”——注2)，具有結構技術的獨創性和優異特性，是我國古代橋梁建筑成就的突出范例。但其原型結構存在很大局限性，嚴重制約其現代應用。

對“虹梁”原型結構的變革創新，通過對結構機理的解析，破解其結構技術的局限性。

圖1為《清明上河圖》“虹梁”原型結構簡圖：由縱、橫兩類主構件組成，以一組縱梁和架于該縱梁之上的橫梁組成單元跨節，由多組跨節相向交錯組合而成(圖2)。相向跨節通過縱梁的交叉穿插、延伸，縱、橫梁的相互聯鎖承托，達到結構的完整和穩定；構件的“縱橫相貫”形成結構的拱形折線體及其相應的矢高與跨徑，架構成不同于現行拱結構的構造方式。

二，原型結構兩大局限性。

1，結構跨徑的局限。

圖3直觀顯示原型結構在跨徑上的局限。是圖清楚表明，隨著跨節的增加，結構水平仰角依次遞增，當矢跨比達到或接近1∶2之比值，跨徑不再隨跨節增多而加大。這一結構的固有形制，給建造大跨徑拱橋及其它大型拱結構建筑形成難以逾越的障礙。

2，結構應力的局限。

“虹梁”原型結構中，作為主要承重構件的縱梁是直梁，隨著縱梁細長比與結構跨徑同步增大，縱梁撓曲力距就越大，削弱了拱形折線體原型結構的承載力，難以滿足現代交通、建筑的需求。

鑒于“虹梁”原型結構的兩大局限性，雖然橋梁學界肯定了木拱“虹梁”在我國橋梁科技史上的獨創性，但自新中國建國初期(注3)從《清明上河圖》被發掘至今六十年來，除某些旅游景區、影視拍攝基地作為景點仿建外，這項獨特的結構技術未能得到現代應用。

實用新型內容

創造虹梁拱結構

一，破解“虹梁”原型結構折線體的固有形制。

1，調控結構折線體夾角。

由圖4～A可知，因縱、橫梁的“相貫”，遂使上弦縱梁與下弦縱梁軸線之間形成夾角Q，交點位于相鄰兩橫梁軸心連線之中部的E點。圖中，F為橫梁圓心點，C是F點與縱梁軸線的垂點，∠FEC為Q/2。由于多段跨節夾角的積累，形成了具有一定拱度的折線體結構。

夾角公式(一)

TanQ2=FCEC=D12+D22L]]>

式中：D1為縱梁直徑，D2為橫梁直徑，L為縱梁四分之一長。

由圖4～B所示，對上述圖式節點結合部位的縱、橫梁加以割切，在縱梁長度，縱、橫梁直徑不變的情況下，縱、橫梁割切愈深，上、下弦縱梁間夾角就愈小，結構拱度愈趨平坦。其割切深度與夾角的數值關系，可從公式(一)推導出來：

夾角公式(二)