11. Общая характеристика арочных пролетных строений. Статические схемы арок, особенности их работы.

В арочных мостах несущая конструкция пролетного строения выполняется по параболической кривой.

Особенностью арок является наличие распора, т.е. горизонтального усилия в опорах от вертикальных нагрузок. Распор вызывает отрицат. изгибающие моменты в прол. стр. Аарочные пролетные строения обычно легче балочных, но дороже (изготовл. и монтаж). Хороший эстетичный внешний вид.

Арки различаются по условиям опирания на опоры. Можно выделить три типа арок – трехшарнирные – стат.-определимые, двухшарнирные – 1 раз стат.-неопределимые и бесшарнирные - 2р.

Бесшарнирные арки – наиболее жесткие конструкции, более чувствительны к изменению температуры. С увеличением числа шарниров возрастают прогибы и возникают переломы профиля в шарнирах. в ж.д. мостах трехшарнирных арок избегают. можно в авто. мостах и при недостаточно прочных грунтах основания опор, т.к. нечувствительны к осадкам опор и к температурным деформ. Трехш. арки хороши для разводных мостов. пяту арки нельзя ставить ниже гвл, а лучше и выше гвв. При этом, уровень проезжей части определяется продольным профилем дороги, его повышение обычно вызывает удорожание подходов. Можно делать сплошностенчатые или фермы.

+ сплошностенчатых арок — относительная простота конструкции, малое число стыков. L до 300м. делают из двутавров, коробок или труб.

Сквозные арки лучше при больших пролетах, при мощном увеличении высоты сечения арки. Сейчас обычно сплошностенчатые делают.

Арки бывают с ездой поверху, понизу и посередине. При езде посередине можно из ездового пояса сделать затяжку, жёстко соединив с аркой. Затяжка воспринимает распор.

11. Многопролетные арочные мосты. Особенности работы. Способы снятия неуравновешенного распора от временной нагрузки на промежуточные опоры.

В многопролетных арочных мостах каждый пролет может перекрываться отдельной аркой, работающей независимо от других. Чтобы облегчить работу промежуточных опор, распор от постоянной нагрузки стараются уравновесить, однако от временной нагрузки на одном из пролетов, на опоры передается неуравновешенный распор. Поэтому опоры многопролетных арочных мостов, при прочих равных условиях, всегда массивнее и дороже опор балочных мостов.

Для освобождения промежуточных опор от неуравновешенного распора можно воспользоваться следующими приемами:

- в разрезных арках выполнить шарнирное опирание смежных арок на единый опорный шарнир;

- использовать неразрезные арочные системы.

В этих случаях на промежуточные опоры передается только вертикальная реакция, и они могут иметь такое же сечение, как опоры балочных мостов. Однако при этом снижается и распор в арках, следовательно возрастают изгибающие моменты и увеличивается расход стали на пролетное строение.

Воздействие распора можно также уменьшить, использовав, например, консольную схему (Троицкий мост 1903 г.)

Освобождение многопролетных арочных систем от чувствительности к неравномерным вертикальным смещениям опор, кроме разрезки арок смежных пролетов в пятах, может быть достигнуто также переходом от неразрезной схемы к консольной. 

11. Комбинированные пролетные строения в виде арки с затяжкой. Особенности статической работы. Примеры конструктивных решений пролетных строений, спроектированных по схеме «гибкая арка с жесткой затяжкой».

Мосты комбинированных систем образуются двумя основными способами:

1. Объединением обычных (простых) систем, например разрезная балка+арка, ферма+балка, неразрезная балка+арочные «подпруги».

2. Образовываются введением дополнительных элементов в простую систему, что приводит к изменению статической схемы простой системы, например введенная в обычную арку затяжка, соединяющая опорные узлы, превращает арку во внешне безраспорную, т.е. статически-определимую систему.

Различают мосты: с жесткой аркой, работающей на сжатие и изгиб, и гибкой затяжкой, воспринимающей растягивающие усилия от распора; с гибкой аркой, предназначенной для работы на сжатие, и с жесткой балкой - затяжкой, работающей на растяжение и изгиб;

Комбинированные системы не имеют экономических преимуществ перед простыми системами, в том числе балочными.

*Конструкция сложнее;

*Монтаж и изготовление имеют более высокую трудоемкость;

*Единственное преимущество – архитектурная привлекательность.

Свойства КС зависят от соотношения жесткостей балки и арки.

Арка с затяжкой — один из простейших видов комбиниров. систем. обладают более высокими архитектурными качествами по сравнению с балоч. констр-ями. Распор арки восприним-ся затяжкой. При проектир. арки с затяжкой одна из важнейших задач состоит в упрощении завод. изготов-я для уменьшения трудозатрат и стоимости. Подобное прикрепление привело к возникновению в затяжке изгиб. моментов, что потребовало увеличить ее сечение. Высота затяжки принята равной высоте попереч. балок ПЧ. Для выравнивания усилий по длине затяжки и уменьшения полож. изгиб. моментов, преобладающих над отриц., точка пересечения оси ниж. пояса арки с опорным сечением смещена от оси затяжки на 200 мм вверх. Вследствие этого в затяжке возникают дополн. отриц. моменты.

Усилия с нижней системы продольных связей передаются на опоры через наклонные портальные рамы, в плоскости крайних панелей нижних поясов. Арки объединены между собой радиальными попереч. связями. При узловом прикреплении поперечных балок затяжка испытывает только растяжение от действия распора, и ее сечение м.б. сравнительно небольшим. Подвески имеют двузначные линии влияния с относит. небольшими отриц. площадями. Жесткое объединение арок в смежных пролетах привело к уменьшению расчетных усилий в арках и затяжках и увеличению вертикальной жесткости пролетного строения. Главные фермы комбинированной системы в виде гибкой арки с жесткой затяжкой могут быть статически неопределимыми или определимыми.

Если увеличить сечение затяжки, превращая ее в высокую жесткую балку, то арку можно сделать гибкой, способной воспринимать только продольную силу и небольшие изгибающие моменты. При соотношении EIб/EIа≥80…100 поперечная сила и изгибающий момент воспринимаются в основном балкой. Такая система называется гибкая арка с жесткой затяжкой или гибкая арка с балкой жесткости

В такой конструкции распор не передается на балку, а моменты в балке меньше, чем в обычной балке такого же пролета, что позволяет сделать более экономичное сечение балки. Вместе с тем из-за S – образного прогиба арки опорные реакции балки жесткости могут быть знакопеременными, поэтому опорные закрепления должны воспринимать отрицательные опорные реакции. Это необходимо проверять расчетом.

Примеры:

1. мост через р Мэйн в Германии(каждая арка из труб диаметром 2000мми толщ стенки 20мм по всей длине связаны диафрагмой- пролет 220м высота 26м)

2. Мост под совмещ нагрузку через залив в Дании(пролет 248,4м) распор воспринимается ПЧ, подвешенной к арке на гибких наклонных стальных канатах.