7.2. Большепролетные металлические покрытия: рамные и арочные.

Рамы применяются в основном сквозные с мощным ригелем и стойками небольшой высоты. Они могут быть двухшарнирными, трехшарнирными и бесшарнирными. При расположении шарниров в местах сопряжения ригеля со стойками значительно упрощается монтаж конструкций, но зато более мощными получаются фундаменты и отсутствуют разгружающие ригель опорные моменты. Чтобы упростить статический расчёт, сквозные лёгкие рамы можно приводить к эквивалентным сплошным. Мощные сквозные рамы рассчитывают как решётчатые системы с учётом деформации всех стержней решетки. Прогиб большепролётных рам определяется только от временной нагрузки, прогиб от постоянной компенсируется соответствующим строительным подъёмом. Ригели и стойки сплошных рам проектируют сварными двутаврового сечения, их несущую способность проверяют по формулам для внецентренно сжатых стержней.

По затрате металла арки оказываются значительно более выгодными по сравнению с рамами и балками. Двухшарнирные и трёхшарнирные арки могут легко деформироваться вследствие свободного поворота в шарнирах, и благодаря этому существенного увеличения напряжений от температуры и осадок в них не возникает. Бесшарнирные арки имеют наиболее благоприятное распределение моментов по пролёту и поэтому оказываются самыми лёгкими, однако они требуют устройства более мощных опор и расчёта на температуру. Для восприятия распора целесообразна затяжка. Арки проектируют в основном с параллельными поясами либо с изломом верхнего пояса у опор (реже серповидные). Высоту сечения сплошных арок назначают 1/50-1/80 пролёта, сквозных 1/30-1/60 пролёта. Сплошные арки обычно проектируют в виде широкополочного двутавра, сквозные – аналогично лёгким фермам. Опорные шарниры могут быть трёх типов: плиточные, пятниковые, балансирные.

7.3. Особенности работы и конструкции.

В отличие от балки, которая испытывает нормальное механическое напряжение, арка испытывает касательное механическое напряжение, из-за чего возникает горизонтальная опорная реакция (распор).

При увеличении стрелы подъёма уменьшается распор арки. Ось арки подбирают так, чтобы сжатие на изгиб было минимальным; тогда арка будет наиболее прочной и стойкой. Усилия в арке зависят от её формы. Простейшие арки имеют форму полукруга, однако теоретически наиболее прочными являются арки с формой параболы или цепной линии.

Распор можно передавать на специальные пилоны или контрфорсы, конструкцию трибун в спортивно-концертных комплексах, непосредственно на фундаменты. При слабых грунтах под полом может быть устроена затяжка.

Рациональной осью арки называется ось такого очертания, при которой изгибающие моменты во всех сечениях арки равны нулю.

Особенностью работы рам можно назвать большие моменты, возникающие в конструкции в месте излома. Для этого сечение проектируется усиленным.

7.4. Особенности расчета.

Главной особенностью расчета является дополнительное усилие, называемое распором.

Арки рассчитываются на вертикальные и ветровые нагрузки. Усилия в поясах сквозных арок с параллельными поясами определяют при наихудшей комбинации нагрузок. Продольная сила в арке распределяется между поясами обратно пропорционально их расстояниям до центра тяжести сечения, а усилие от момента получается делением его величины на расстояние между центрами тяжести поясов. где а – расстояние от центра тяжести сечения до противоположного пояса.- угол наклона элемента к оси арки. При расчёте раскосов необходимо учитывать дополнительные напряжения, возникающие от обжатия поясов. Сечения стержней арки подбираются так же, как сечения элементов ферм. Кроме того требуются проверки устойчивости.

Усилия в любом сечении арки:

,

где H - распор; Mx0, Qx0 - как в простой балке пролета l; α - угол наклона оси арки.