Распорная система. Общие свойства каменных сводчатых конструкций, страница 8

Затяжки в уровне пят арок и сводов могут воспринимать:

·  полный распор, если опорные конструкции способны нести лишь вертикальную нагрузку (стойки открытых павильонов и галерей, перекрытых цилиндрическими сводами на распалубках и подпружных арках или крестовыми сводами);

·  «излишек распора», не воспринимаемый опорными конструкциями из-за их недостаточной устойчивости (некоторые крестово-купольные храмы и другие арочно-стоечные системы при значительных пролетах сводов и умеренных толщинах несущих стен и столбов).

Затяжки в уровне пят могут быть поставлены и конструктивно в сооружениях, где распор надежно гасится совместной работой вертикальных и горизонтальных элементов жесткости. При нормальной статике большинства крестово-купольных сооружений роль воздушных связей в обеспечении их равновесия не является определяющей. Различные факторы (податливость анкеров, температурные деформации металла при морозах и пожарах, коррозия затяжек и шплинтов) не позволяют считать воздушные связи долговременным и равнопрочным звеном древних распорных конструкций.

Значение действительного распора от фактической длительной нагрузки. В дальнейшем, как показывают расчеты и контрольные измерения, функция воздушных связей в качестве затяжек крестово-купольной и других распорных систем может быть весьма умеренной.

4.  Работа элементов системы

Наиболее часто встречаются трехширнирные арки. 

Горизонтальные реакции аркиназываются распором. Горизонтальный распор арок передается на фундаменты или контрфорсы, или воспринимается затяжкой.Благодаря влияниюраспора в арке поперечная сила и изгибающий момент уменьшаются. В связи с тем, что изгибающий момент в арке всегдаменьше балочного изгибающего момента, арки — экономически более выгодные конструкции по сравнению с балками.

4.1.  Статические и конструктивные схемы арок

В отличие от рамы, арка представляет собой конструкцию криволинейного (дугообразного) очертания, перекрывающую пролет между двумя опорами (фундаментами, пилонами или колоннами). Пролет арки – это расстояние между ее опорами. Опору арки принято также называть пятой арки, центральный шарнир - замком арки, а расстояние f от прямой, соединяющей опорные шарниры до замка арки, - стрелой арки или стрелой подъема арки. Пролеты металлических арочных конструкций, применяемых для общественных, сельскохозяйственных и промышленных зданий и сооружений, могут быть 30 – 150 м. Благодаря массе конструкции и из-за наличия распора, арки целесообразно использовать при пролетах более 60—80 м.

По статической схеме арки подразделяют на:

·  двух-шарнирные;

·  трех-шарнирные;

·  бесшарнирные.

О целесообразности арок можно судить по эпюре моментов. Наибольшие изгибающие моменты возникают в трех-шарнирной арке в четверти пролета, поэтому трех-шарнирные мало применимы из-за того, что они самые тяжелые.

Бесшарнирные арки самые легкие, потому что в них моменты в средней половине пролета минимальны и возрастают на сравнительно небольших участках вблизи опор. Но применение бесшарнирных арок, как и рам, возможно только на недеформируемых грунтах, в противном случае расход материала на фундаменты в значительной степени перекрывает экономию материалов, получаемую на самой арке.

Двух-шарнирные арки менее чувствительны к температурным и деформационным воздействиям, чем бесшарнирные, и обладают большей жесткостью, чем трех-шарнирные арки. Также они имеют равномерное распределение изгибающегося момента по сравнению с двумя другими статическими схемами. Двух-шарнирные арки достаточно экономичны по расходу материала, просты в изготовлении и монтаже и благодаря этим качествам находят преимущественное применение в зданиях и сооружениях.