5.2. Подбор сечения и проверка прочности

Расчетное сопротивление:

кН/см

, >500

r – радиус кривизны;

а – толщина доски;

при h>100;

учитывает влияние ветровых и монтажных нагрузок;

при а=2,4 см;

при переходе на березу.

Требуемый момент сопротивления арки:

см

Принимаем доски сечением см, после острожки см.

Высота сечения арки:

см; см.

Геометрические характеристики сечения арки:

см

см

Гибкость в плоскости арки:

кНсм

Проверка прочности:

<1,78 кН/см

Проверка скалывающих напряжений на опоре Q=30,4 кН.

Расчетное сопротивление скалыванию:

кн/см

где , учитывает влияние монтажных и ветровых нагрузок;

при переходе на березу.

Статический момент инерции:

см

Момент инерции опорного сечения:

см

Напряжение:

<1,98 кН/см

5.3. Проверка прочности плоской формы деформирования

Верхняя кромка сечения арки раскрепляется через 1,5 м.

Такое раскрепление принимается как сплошное:

>1,5м

Нижняя кромка при действии максимального момента:

M=139,77 кНм и соответствующем N=148,897 кН.

Расчетная длина: м

Гибкость из плоскости:

Коэффициент устойчивости:

Коэффициент устойчивости при изгибе:

кНм

Коэффициенты:

<1

Устойчивость арки из плоскости обеспечена.

5.4. Расчет опорного узла

Опорный узел с применением цилиндрического шарнира.

Действующее усилие N=246,66 кН.

Определяем требуемый диаметр цилиндрического шарнира:

; кН/м

см

Принимаем шарнир d=40 мм из стали класса ;

- коэффициент условий работы.

Торец арки воспринимает сжимающее усилие N=246,66 кН на площади:

см

Прочность торцового сечения на сжатие:

кН/см <1,81 кН/см

Болты, крепящие стальной башмак к арке, воспринимают поперечную силу Q=30,39 кН, которая действует перпендикулярно продольным волокнам. Принимаем болты d=16 мм.

Коэффициент при

Несущая способность болта в одном срезе по изгибу:

кН

Несущая способность древесины смятию:

кН

Требуемое число болтов:

Принимаем 2-а болта d=16 мм.

5.5. Расчет конькового узла

Усилия, действующие в узле N=119,069 кН, Q=29,57 кН.

Расчетное сопротивление смятию под углом :

кН/см

Напряжения сжатия:

< 0,947 кН/см

Количество болтов, воспринимающих усилие Q=29,57 кН при угле смятия древесины ; . Принимаем болты d=24 мм.

Несущая способность болта по изгибу:

кН

Несущая способность древесины по смятию:

кН

Требуемое число болтов:

Принимаем 2 болта d=24 мм.

Усилие, воспринимаемое цилиндрическим шарниром:

кН

Напряжение в шарнире:

; кН/см

см

Принимаем шарнир d=32 мм из стали класса .

Опыт проектирования стрельчатых арок показал, что усилия в сечениях существенно зависят от радиуса кривизны. Оптимизация радиуса кривизны стрельчатых арок позволяет снизить расход материалов на 15-20%.

Радиус кривизны арки, при котором величина положительного момента М равна величине отрицательного момента М, является оптимальным для заданного загружения. Поперечное сечение арки при этом радиусе получается наименьшим.

6. Мероприятия и способы продления срока службы деревянных конструкций

Наряду со строительством новых, общественных и производственных зданий и сооружений одной из важнейших задач является задача сохранения существующих, среди которых значительная часть содержит деревянные несущие и ограждающие конструкции. Правильная эксплуатация зданий и сооружений обеспечивает их исправное состояние, т.е. сохранность и безотказную работу деревянных и других конструкций в пределах не менее нормативного срока службы, а во многих случаях позволяет значительно увеличить срок их службы. Нормальными условиями эксплуатации являются такие, при которых деревянные конструкции не повреждаются, нагрузки, действующие на них, не превосходят их несущей способности, а температура и влажность не превышают допустимых. При нарушении этих условий деревянные конструкции могут преждевременно потерять свою несущую способность и жёсткость.

Тщательный осмотр деревянных конструкций должен быть произведён при приёмке их в эксплуатацию и в дальнейшем повторяться периодически, не реже одного раза в год.

Важную роль в продлении срока службы играет преждевременная защита деревянных строительных конструкций и деталей от увлажнения, поражения деревоокрашивающими и дереворазрушающими грибами, поражения насекомыми – вредителями, а также от механических повреждений. Защита от увлажнения может быть обеспечена покраской поверхностей соответствующими влагозащитными лакокрасочными материалами. Их наносят в жидком виде тонким слоем кистью или опрыскивателем на поверхность эксплуатируемой деревянной конструкции или детали. Толщина слоя лакокрасочного покрытия должна составлять 100-250 мкм в зависимости от условий эксплуатации, а также от вида защитного материала. Для борьбы с биовредителями осуществляют газовую дезинфекцию деревянных конструкций и элементов (фумигация) или обработку древесины горячим воздухом. Древесину обрабатывают горячим воздухом, подавая его в закрытое помещение, чаще всего в чердачное помещение. Древесина в течение часа должна быть подогрета так, чтобы внутри её была достигнута температура, при которой наступает гибель соответствующего вида биовредителя. Температурно-влажностный режим имеет решающее значение для долговечности деревянных конструкций, поскольку его нарушение ведет к увлажнению и загниванию или перегреву и ослаблению древесины. Для защиты деревянных конструкций и элементов, эксплуатирующихся в условиях повышенной влажности или если сама древесина имеет высокую влажность, применяют антисептические пасты диффузионного действия, содержащие антисептик (фтористый натрий, бура) и связующие материалы (каменноугольные лаки, экстракты сульфитных щёлоков, латексы, поливинилацетатные эмульсии).

В первые годы эксплуатации конструкций происходит процесс обмятия нагруженных поверхностей соединений, а в конструкциях повышенной влажности, - также усушка, уменьшение размеров элементов.

В результате этого плотность и монолитность соединений могут быть нарушены, болты могут потерять первоначальное натяжение, появляются щели и зазоры между соединяемыми элементами. Ослабевшие болты должны быть обязательно подтянуты и первоначальная плотность восстановлена. Необходимо учитывать, что в большинстве случаев причиной аварийного состояния некоторых деревянных конструкций были неудовлетворительное качество соединений, наличие перегрузки конструкций и их недостаточного горизонтального закрепления, наличие недопустимых прогибов и выхода из плоскости. Перегрузка конструкций, особенно постоянной нагрузкой, значительно снижает надёжность их работы и сроки их нормальной эксплуатации, поскольку длительная прочность древесины значительно ниже кратковременной. При осмотрах конструкций необходимо строго следить, чтобы фактические действующие на конструкции нагрузки не превышали проектных.