ДК2. Каковы принципы конструирования конькового шарнирного узла арок и метода его расчета?

Дощатоклееные арки бывают двух- и трехшарнирными. При пролетах до 24м. и f/l=1/8-1/6 целесообразно применять двухшарнирные арки как более экономичные во всех случаях, когда возможна транспортировка криволинейных элементов арок. Криволинейные арки делаются с постоянным радиусом кривизны, так как изогнуть доски по окружности легче. Стальные крепления состоят из опорного листа и двух фасонок, соединенных сваркой, с отверстиями для болтов. Фасонки предварительно соединяют болтами с концами полуарок, а опорные листы при монтаже арки соединяют монтажными болтами между собой. Для облегчения шарнирных поворотов элементов в узле между опорными листами ставят иногда листовую шайбу с отверстиями для обоих монтажных болтов. Деревянные накладки коньковых узлов клееных арок (рис. 13.6, б), как правило, делаются клееными и крепятся к каждой полуарке двумя рядами болтов. Подвесное оборудование в этих узлах крепится, как правило, непосредственно к полуаркам при помощи арматурных или профильных подвесок и шайб или хомутов.

Расчет коньковых узлов производят на действие максимальных продольных N и поперечных Q сил, действующих вдоль горизонтальных и вертикальных осей узла. Максимальные продольные силы возникают от действия всех нагрузок. Поперечные силы возникают здесь только от несимметричных нагрузок - односторонней снеговой и ветровой.

Лобовые упоры рассчитывают на смятие под углом или вдоль волокон на действие продольной силы N. Количество симметрично изгибаемых двухсрезных болтов в стальных креплениях определяют в зависимости от величины поперечной силы Q с учетом угла смятия древесины под болтами. Монтажные болты рассчитывают на срез и смятие в отверстиях опорных листов от действия той же силы Q.

Количество симметрично изгибаемых двухсрезных болтов в де­ревянных накладках определяют с учетом угла смятия древесины, исходя из следующей условной расчетной схемы. Каждая половина накладок по одну сторону от оси узла считается консольной балкой, опертой на два ряда болтов, как на опоры, с расстоянием Ь между ними и нагруженной поперечной силой- Q на конце консоли длиной а. При этом в первом от оси узла ряду болтов возникает вертикальное усилие, равное Ri = Q(a + b)/b, а во втором ряду R2=Q(a/b). По этим усилиям и определяют число болтов. Сами накладки работают на изгиб от изгибающего момента, который достигает максимального значения M = Qa в сечении по оси первого ряда болтов. При расчете креплений подвесного оборудования шайбы или хомуты рассчитывают на изгиб, а древесину под ними - на смятие под углом к волокнам.

Коньковые узлы клееных арок, работающих в химически агрессивной среде, могут быть также решены при помощи клеестальных штырей, расположенных вдоль горизонтальной оси узла и не препятствующих шарнирным поворотам полуарок.

Коньковые узлы большепролетных арок выполняются, как правило, в виде стальных шарнирных деталей качающегося типа. Они имеют сварную конструкцию и состоят из опорного листа, боковых фасонок и шарнира.

Рис. 13.6. Варианты коньковых узлов клееных арок:

а - узел треугольной арки; б - узел сегментной арки; в - узел большепролетной арки; 1 - полуарка; 2 - стальное крепление; 3 -монтажный болт; 4 - болты; 5 - диафрагма; 6 - фасонка; 7 - шарнир

Треугольная трехшарнирная арка – Особенность конструкции такой арки заключается во внецентренном решении узлов, что обеспечивается смещением центра упорных площадок смятия F_см в узлах на величину е от геометрической оси элемента. Конструктивно это достигается или срезами деревянных элементов в торцах на глубину 2е от верхней грани (как в коньковом узле), или соответствующим расположением упорной детали (как в опорном узле). Благодаря этому заметно уменьшается расчетный изгибающий момент в пролете элемента. Болты на поперечную силу Q рассчитываются от односторонней нагрузки на каждый из болтов, ближайших к коньку, передается усилие N₁ = Q× l₁/ 2 l₂, где l₁ – расстояние между болтами на ригеле полурамы; l₂ – расстояние между болтами и осью симметрии узла. На крайний болт передается усилие N₂ = (2N₁ –Q)/2.

В коньковом узле нужно рассчитать толщину накладки, количество болтов по каждой оси (накладка на изгиб). Количество болтов: n₁ = N₂/ (T_min× m); n₂ = N₁/(T_min× m).

Арка кругового очертания – узлы центрированы, в коньковом узле рассчитываем толщину накладки и количество болтов. Накладки в коньковом узле рассчитывают на поперечную силу при несимметричном загружении арки. Накладки работают на поперечный изгиб. Изгибающий момент накладки М =Q× l₁/2. Усилия действующие на болты N₁ = Q / (1 – l₁ / l₂); N₂ = Q / (l₁ /l₂ – 1). Несущая способность болтов определяют с учетом направления сил поперек волокон; она должна быть больше действующих усилий N₁, N₂.

ДК3. Напишите формулы для подбора сечения верхнего пояса клеедощатой арки и проверки сечения на устойчивость плоской формы деформирования.

Арки рассчитываются как сжато-изгибаемые элементы в соответствии с п. 4.17 СНиП. Предварительное назначение размеров поперечного сечения осуществляется с учетом вычислительной величины М_max и пониженном расчетном сопротивлении – 0, 8 R_и. Задаваясь шириной сечения в, согласно сортамента и припуска на боковую острожку, требуемая высота сечения определяется из выражения:

А из условия обеспечения поперечной устойчивости сечения рекомендуется, чтобы h/в £ 6. По полученным геометрическим характеристикам поперечного сечения осуществляется проверка прочности: -по нормальным напряжениям в месте максимального изгибающего момента

s_{и =} N / F_расч+ М /(x W_расч) £ R_и× m_i,

_где F_расч, W_расч - площадь и момент сопротивления расчет­ного сечения нетто, x - коэф, учитывающий увеличение момента от воздействия продольной силы на деформированный элемент,

x = 1- N/(j R_c m_i F_бр)

F_бр - площадь расчётного сечения брутто,

j - коэффициент продольного изгиба арки, m_{i -} коэффициенты, принимаемые по СНиП

Apкu рассчитываются также на устойчивость плоской формы деформирования согласно п.4.18 СНиП по формуле:

N / (j_y R_c F_бр) + (М / (j_м x R_и W_бр)) ⁿ £ 1

Где F_бр, W_бр – площадь и момент сопротивления максимальные на участке арки l_р

l_р - расстояние между точками закрепления концов полуарки, а при наличии вертикальных связей, раскрепляющих сжатую кромку, расстояние между ними,

j_y - коэффициент продольного изгиба из плос­кости участка полуарки расчётной длиной l_р

j_м - коэффициент изгиба из плоскости от изгибающего момента на участке длиной l_р

В арках а зависимости от направления изгибающего момента на участка l_р имеет место 2 случая раскрепления:

- при " +М" - сжатой кромки (п = 2),

- при " -М" - растянутой кромки (п=1 )

При расчете арок с переменной высотой сечения, не имеющих закреплений по растянутой от М кромке, все расчеты выполняют путем приведения.