Арочные конструкции (уравнения и геометрический расчет арок).

По затрате металла арки оказываются значительно более выгодными, чем балочные или рамные системы.

Двухшарнирные арки могут легко деформироваться вследствие сво­бодного поворота в шарнирах, и благодаря этому существенного увели­чения напряжений от температурных воздействий и осадок опор в них не возникает.

Трехшарнирные арки не имеют особых преимуществ по сравнению с двухшарнирными, так как их статическая определимость при достаточ­ной деформативности арочных конструкций существенного значения не имеет. Бесшарнирные самые лег­кие.

Двухшарнирные арки проектируют чаще всего с параллельными поясами.

Сквозные арки делают или с параллельными поясами или, при большой высоте арки, с переломом наружного пояса.

Сквозные арки проектируются аналогично легким фермам.

Опорные шарниры могут быть трех типов: плиточные, пятниковые и балансирные.

Плиточные шарниры имеют наиболее простую

конструкцию. Применяются они при сравнительно небольших опорных давлениях и преимущественно при вертикальном положении примыкающей к шарниру части арки.

Пятниковые шарниры имеют специальное опорное гнездо – пятник, в который вставляется закругленная опорная часть арки. Пятник делают литым или сварным из листовой стали.

Балансирные шарниры применяют в тяжелых арках.

Статический расчет арки.

Статический расчет арок ведется на два вида загружения; равномерно рас-предеденную линейную нагрузку or веса кровли и собственного веса арки fg) по всему пролету, а также:1ннейную нагрузку от снега (s) на половине пролета, как наиболее невыгодную. поскольку опасное сечение расположено на 1/4 длины арки.

Расчет начинается с определения опорных реакций Мд. Далее вычисляюд- изгибающие мохтенты М, продольные Лд. и поперечные силы по длине арки в рассматриваемых сечениях с координатами X, у.

Картину напряженного состояния арки дают эпюры М, N и О, построенные по всей ее длине.

Приближенные формулы для определения моментов М в середине и четвертях пролета приведены в и др.

Л,„ = N/2-M/h

Все усилия от постояниой и снеговой нагрузок представляют в виде соответствующих эпюр, векторы которых суммируют, определяя самое невыгодное их сочетание.

Для конструктивного расчета арок сплошного сечения достаточно знания М, N п Qb характерных точках арки (на опорах, в середине и четвертях пролета).

В принципиальном отношении расчет арки не отличается от расчета других статически определимых систем: вначале определяются опорные реакции, затем строятся эпюры изгибающего момента, продольного и перерезывающего усилия, после чего выполняются проверки и, при необходимости, определяются перемещения. Единственная особенность, с которой приходится сталкиваться, - появление чисто вычислительных трудностей, связанных с криволинейностью очертания оси арки. Как в любой статически определимой системе, реакции в опорах трехшарнирной арки находятся исключительно из статических уравнений (уравнений равновесия).

Особенности расчета арок.

В соответствии со статической схемой, различают бесшарнирные, двухшарнирные и трехшарнирные арки;

Также опорные конца арки можно соединить горизонтально расположенным стержнем, воспринимающим горизонтальную нагрузку и называемым затяжкой. Расчет арки с затяжкой несколько отличается от расчета двухшарнирной арки или трехшарнирной арки без затяжки.

Для каждого из этих типов характерны свои достоинства и недостатки, в связи с чем, выбор конструкции осуществляется инженером-проектировщиком, который осуществит расчет трехшарнирной арки с учетом прочностных требований, предъявляемых к ней, материалов, используемых для ее конструирования, и архитектурных задач, которые возлагаются на ту или иную конструкцию.

В соответствии со схемой опирания, выделяют арки с затяжкой и арки без затяжки. Если первые воспринимают распор, то распор последних передается на опоры. Изготовление затяжки осуществляют из профильной стали или арматуры. Если эксплуатация арки будет осуществляться в условиях агрессивных сред, способствующих коррозии металла, допускается использование деревянных клееных затяжек.