Арки. Общая характеристика. Схемы арок, конструкция и расчет

шарнира:
По схеме опирания их делят на арки с затяжками, воспринимающими распор и на арки без затяжек, распор которых передается на опоры.

сегментные, оси полуарок располагаются на общей окружности
- стрельчатые, состоящие из полуарок, оси которых располагаются на двух окружностях, смыкающихся в ключе под углом.

ферм
3) арки из балок на пластинчатых нагелях (Деревягина)
4) кружальные арки, состоящие из двух или более рядов косяков, соединенных между собой нагелями
5) арки с перекрестной дощатой стенкой на гвоздях
6) клееные арки (дощатоклееные и клеефанерные)
Из перечисленных видов арок наиболее широкое применение получили клееные арки заводского изготовления. Распоры и несущая способность таких арок могут отвечать требованиям сооружения покрытий самого различного назначения, в том числе уникальных по своим размерам.
Арки остальных видов являются арками построечного изготовления и сейчас почти не применяются. Дощатоклееные деревянные арки представляют собой пакет склеенных по пласте гнутых досок.

видов, т.е. они могут быть треугольными (без затяжек – при высоте 1/2 l и с затяжками – при высоте 1/6 … 1/8 l в покрытиях до 24 м), пятиугольными с гнутыми участками в местах переломов осей, пологими сегментными двух- или трехшарнирными со стрелой подъема не менее 1/6 l (в редких случаях 1/7…1/8 l) и высокими трехшарнирными стрельчатыми из элементов кругового очертания со стрелой подъема 1/3…2/3 l.
Последние два вида клееных арок (сегментные и стрельчатые) рекомендуются в качестве основных.
Поперечное сечение клееных арок рекомендуется принимать прямоугольным и постоянным по всей длине. Высота поперечного сечения назначается от 1/30…1/50 пролета. Толщина слоев для изготовления арок при радиусе кривизны до 15 м принимается не более 4 см.

двухшарнирных арок при стреле подъема не более 1/4 пролета разрешается определять в предположении наличия шарнира в ключе.
Расчет арок после сбора нагрузок выполняется в следующем порядке:
1) геометрический расчет арки;
2) статический расчет;
3) подбор сечений и проверка напряжений;
4) расчет узлов арки.
Нагрузки, действующие на арку, могут быть распределенными и сосредоточенными. Постоянную равномерную нагрузку g от массы покрытия и самой арки определяют с учетом шага арок. Она обычно условно считается в запас прочности, равномерно распределенной по длине пролета, для чего ее фактическое значение умножают на отношение длины арки к ее пролету S/l.
Геометрический расчет арки заключается в определении всех размеров, углов и их тригонометрических функций полуарки, необходимых для дальнейших расчетов. Исходными данными при этом являются пролет l, высота f, а в стрельчатых арках также радиус полуарки r или ее высота f.
Ветровую нагрузку q определяют по нормам нагрузок и воздействий с учетом шага арок и считают приложенной нормально к поверхности покрытия

тригонометрических функций полуарки, необходимых для дальнейших расчетов. Исходными данными при этом являются пролет l, высота f, а в стрельчатых арках также радиус полуарки r или ее высота f.
Статический расчет
Опорные реакции трехшарнирной арки состоят из вертикальных и горизонтальных составляющих. Вертикальные реакции Ra и Rb определяют как в однопролетной свободно опертой балке из условия равенства нулю моментов в опорных шарнирах. Горизонтальные реакции (распор) Ha и Hb определяют из условия равенства нулю моментов в коньковом шарнире.
Определение реакций и усилий удобно производить в сечениях только одной левой полуарки в следующем порядке:
сначала усилия от единичной нагрузки справа и слева, затем от левостороннего, правостороннего снега, ветра слева, ветра справа и массы оборудования.
Изгибающие моменты следует определять во всех сечениях и иллюстрировать эпюрами.
Продольные и поперечные силы можно определять только в сечениях у шарниров, где они достигают максимальных величин и необходимы для расчетов узлов. Необходимо также определять продольную силу в месте действия максимального изгибающего момента при таком же сочетании нагрузок.
Усилия от двустороннего снега и собственной массы определяют путем суммирования усилий от односторонних нагрузок.
Арки работают и рассчитываются на сжатие с изгибом по прочности и устойчивости в плоскости и из плоскости арки.

устойчивость плоской формы деформирования (из плоскости арки)
Проверка устойчивости в плоскости арки выполняется по формуле
где φ=f(λ) – коэффициент продольного изгиба, .
Расчетную длину элемента l0 следует принимать по СНиП II-25-80 в зависимости от расчетной схемы и схемы загружения арки.

узлы арок без затяжек выполняют, как правило, в виде лобовых упоров в сочетании с металлическими башмаками сваркой листовой конструкции, служащими для крепления их к опорам.
Башмак состоит из опорного листа с отверстиями для анкерных болтов и двух вертикальных фасонок с отверстиями для болтов крепления полуарок. Расчет опорного узла заключается в расчете торца полуарки на смятие от действия максимальной сжимающей силы Nсм. В сегментных и стрельчатых арках она рав на максимальной продольной силе N и действует вдоль волокон. В треугольных арках она равна равнодействующей рав равнодействующей опорных усилий

качающегося типа

болтовых соединений досок пояса и затяжки.
Затяжки брусчатых арок из арматурной стали пропускаются через отверстия в конце полуарки и закрепляются гайкой на шайбе.
Расчет таких узлов производят на смятие торцевых обрезов.