專技高考-建築師建築結構112 年第 13 題單選題
下列有關「固定拱」、「雙鉸拱」和「三鉸拱」的敘述,何者錯誤?
A固定拱及雙鉸拱為靜不定結構,三鉸拱則為靜定結構
B固定拱會因基礎不均勻沉陷導致撓曲應力
C雙鉸拱之支承點處會承受外推力,三鉸拱則否正確答案
D固定拱及雙鉸拱會因溫度變化導致撓曲應力
C正確答案
三鉸拱同樣會在支承產生水平外推力,這是拱結構的共同特徵,與靜定/靜不定無關。
為什麼答案是 C
錯誤。所有拱結構(固定拱、雙鉸拱、三鉸拱)在垂直載重下,兩端支承都會產生水平外推力,這是拱傳遞荷載的基本機制。靜定與否只影響反力是否可用平衡方程式直接求得,不影響有無水平推力。
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完整詳解
Pro · 無限重點 三鉸拱同樣會在支承產生水平外推力,這是拱結構的共同特徵,與靜定/靜不定無關。
只要是「拱」,兩端支承就會有水平推力(Horizontal Thrust),這是拱之所以為拱的本質。
逐選項分析
A✕
正確。固定拱兩端固定端各 3 個反力共 6 個,雙鉸拱兩端鉸支承各 2 個共 4 個,均超過平衡方程式 3 個,為靜不定;三鉸拱在拱頂加一鉸,多一個力矩為零的條件,剛好可解,為靜定。
B✕
正確。固定拱為靜不定結構,基礎若發生不均勻沉陷,會強迫結構變形產生內力(次應力),導致額外撓曲應力。這是靜不定結構對支承沉陷敏感的典型特徵。
C✓ 正確
錯誤。所有拱結構(固定拱、雙鉸拱、三鉸拱)在垂直載重下,兩端支承都會產生水平外推力,這是拱傳遞荷載的基本機制。靜定與否只影響反力是否可用平衡方程式直接求得,不影響有無水平推力。
D✕
正確。固定拱與雙鉸拱均為靜不定,支承限制了熱脹冷縮變形,溫度變化會在構件中誘發次應力(含撓曲應力)。反之三鉸拱為靜定,溫度變化只會自由變形而不產生內力。
三種拱結構特性比較
| 類型 | 靜定性 | 水平推力 | 溫度/沉陷次應力 |
|---|
| 固定拱 | 靜不定(3次) | 有 | 有(敏感) |
| 雙鉸拱 | 靜不定(1次) | 有 | 有 |
| 三鉸拱 | 靜定 | 有 | 無(可自由變形) |
考生容易誤以為「靜定=反力少=沒有水平推力」。實際上水平推力是拱的幾何特性,與靜不定度無關。三鉸拱雖為靜定,兩端支承仍需承受水平外推力,否則拱形將無法成立。