Арки и рамы

Арки и рамы представляют собой наиболее характерные типы плоскостных распорных конструкций, которые могут быть трехшарнирными, двухшарнирными и бесшарнирными. Эти конструкции отличаются от балок и ферм тем, что в своей плоскости обладают достаточной жесткостью, не требуя в этой плоскости никаких дополнительных мер по созданию устойчивости. Цилиндрические своды, опертые по всей длине своего основания, можно также рассматривать как плоскостные распорные конструкции, состоящие из ряда примыкающих друг к другу арок. Распорные конструкции требуют выполнения особого вида фундамента, тем больше развитого во внешнюю сторону от пролета, чем больше у него распор, который, как известно, увеличивается при увеличении количества шарниров и при уменьшении отношения стрелы конструкции к пролету f/L. Бесшарнирные конструкции особенно чувствительны к неравномерным осадкам основания; поэтому их применяют только в тех случаях, когда опасности неравномерных осадков не существует. Наименее чувствительны к неравномерным осадкам основания трехшарнирные конструкции. Распорные конструкции можно превратить в безраспорные, соединив их опоры затяжкой . В этом случае их можно размещать на колоннах, на вертикальных стенах, на этажах, где рамы полностью заменяют диафрагмы жесткости. Учитывая, что рамы и арки не имеют достаточной жесткости из своей плоскости, при проектировании плит покрытия на рамах и арках необходимо одновременно предусматривать меры, обеспечивающие продольную устойчивость всему покрытию. Для рам такими мерами могут служить замоноличивание покрытия при установке в ряде пролетов нормально к плоскости рам диафрагм или связей жесткости, а для арочного покрытия была бы достаточна обшивка внешних поверхностей арок жесткими плитами, соединяющими между собой последовательно все несущие арки.

Деревянные рамы и арки, подобно балкам, выполняют из гвоздевых и клееных элементов для пролетов до 24 м, а в некоторых случаях и более. Их особенно удобно делать трехшарнирными, что значительно облегчает монтаж. Высота ригеля в у гвоздевых рам принимается 1/12 пролета L, а у клееных 1/15. Деревянные арки выполняются преимущественно с круговой осью, причем у гвоздевых арок отношение стрелы подъема к пролету принимается от 1/2 до 1/6. А у клееных от 1/2 до 1/7; конструктивная высота сечения арок у гвоздевых составляет от 1/15 до 1/20 пролета, а у клееных от 1/20 до 1/25. Железобетонные рамы и арки применяют обычно как бесшарнирные, двухшарнирные и реже трехшарнирные. До 30-40 м их выполняют двутаврового сечения с ребрами жесткости, а для больших пролетов - как решетчатые. Высота ригеля в сплошного сечения П-образной рамы принимается до 1/20 пролета L, с предварительно напряженной арматурой до 1/25. Высота решетчатого ригеля составляет обычно 1/12- 1/15 пролета. Рамы могут быть однопролетными и многопролетными, монолитными и сборными. В последнем случае соединение отдельных элементов целесообразно располагать в местах минимальных изгибающих моментов.

Железобетонные арки с параболической осью выполняют при отношении стрелы подъема f к пролету L в пределах от 1/2 до 1/4, а с круговой осью - в пределах от 1/4 до 1/8. Конструктивная высота сечения в у сплошных арок принимается от 1/30 до 1/40, у решетчатых 1/25 – 1/30 пролета. Сборные арки больших пролетов проектируются обычно составленными из двух полуарок, которые бетонируются на месте в горизонтальном состоянии, а затем поднимаются в проектное положение.

Металлические рамы и арки выполняются как сплошного, так и решетчатого сечения, причем для больших пролетов решетчатые сечения более экономичны благодаря их небольшому собственному весу и способности одинаково хорошо воспринимать как сжимающие, так и растягивающие усилия. Высота сплошного сечения ригелей рам принимается в пределах 1/25 - 1/30 пролёта, а решетчатых —1/20 - 1/25. Эта высота может быть несколько уменьшена применением разгружающих консолей или предварительного напряжения, создающегося стяжками, соединяющими эти консоли с опорами. Высота сплошного сечения арок принимается 1/50 – 1/80 пролета, а решетчатого 1/30 – 1/60. Отношение стрелы подъема к пролету у металлических арок находится в тех же границах, что и у железобетонных. Цилиндрические своды выкладываются из природных или искусственных камней (клиньев), изготовленных с таким расчетом, чтобы швы между ними имели радиальное направление. При кладке сводов из кирпича радиальное расположение камней обеспечивают за счет клиновидности растворных швов. Цилиндрические своды могут иметь форму циркульную, трехцентровую (эллиптическую), двухцентровую (стрельчатую) и т. д. (рисунок 78 л, м). Для уменьшения веса своды выкладываются из клиновидных пустотелых керамических блоков. Массивные своды имеют ограниченные пролеты порядка 8—12 м. При необходимости увеличить пролет своды выполняют из железобетона монолитного и сборного. Таким сводам может быть придана самая разнообразная форма (рисунок 78 в -и ).

а— гладкий свод и его опорные реакции; б— ребристый; в, г, д — сомкнутые;

е — зеркальный; ж— цилиндрический с распалубками; и — крестовый; к — кладка свода из кирпича или блоков; л — построение стрельчатого свода; м — построение эллиптического свода; L — пролет свода; / —стрела подъема; Ь — толщина свода по расчету; r,r1,r2— радиусы кривизны; О, O1, О2 —центры кривизны

Рисунок 78- Своды

а, б, в, ж—рамы; г, д, е, и, к — арки; а, г—бесшарнирные;; 6, д, ж, и, к — двухшарнирные; в, е — трехшарнирные; ж, и — с разгружающими консолями; к — с затяжкой, воспринимающей распор; h — высота рамы; I — стрела подъема арки; Ь — конструктивная высота ригеля рамы и максимальная высота сечения арки (в месте максимальных изгибающих моментов); г_и г,— радиусы кривизны нижней и верхней грани арки; О_ь О;., О — центры кривизны;

s — шарниры; z — затяжки; Р — вертикальные нагрузки на консоли, разгружающие изгибающие моменты в конструкции

Рисунок 79 - Плоскостные распорные конструкции

а — трехшарнирная деревянная рама на гвоздевых соединениях;

б — трехшарнирная деревянная клееная рама-арка; в - многопролетная сборная железобетонная рама; г — сплошная трехшарнирная металлическая рама с консолями; д —решетчатая металлическая рама с затяжками: 1 — шарниры;

2 — соединения сварной железобетонной арки в местах минимальных изгибающих моментов, 3 — продольные связи; 4 — фундаменты;

5 — эпюра изгибающих моментов; 6 — предварительно напряженные оттяжки: 7—затяжка, воспринимающая распор

Рисунок 80 - Некоторые типы рам и арок