Железобетонные арки покрытий

Использование арок эффективно при пролетах свыше 30 м. (36 м., 42 м. и т.д.). Шаг арок вдоль пролета составляет 6 – 12 м. Стрела подъема арки f = 0.12-0.2 от пролета, но не менее 0.1 пролета.

Железобетонные арки классифицируют:

1) по высоте стрелы подъема.

- пологие (относительная высота 1/8...1/6 l);

- подъемистые (относительная высота 1/4... 1/2 l).

2) по статической схеме:

а) трехшарнирные

статически определимая;

распор зависит от взаимного расположения шарниров, но не зависит ни от очертания оси арки, ни от её жесткости;

«+»

1) нечувствительны к осадке и горизонтальным смещениям опор;

2) нечувствительны к температурным изменениям;

3) удобны в монтаже и перевозке в виде парных полуарок.

«-»

1) усложнение конструкции из-за наличия ключевого шарнира;

2) требуют мероприятий по обеспечению герметичности кровли над шарниром (имеется поворот полуарок);

3) более деформативны;

4)более материалоемки по сравнению с двухшарнирными и бесшарнирными (неравномерное распределение изгибающих моментов по длине арки).

б) двухшарнирные

Рис. 4. Двухшарнирная арка

1 – арка; 2 – затяжка; 3 – подвеска.

наиболее распространенные (благоприятное распределение изгибающих моментов по

единожды статически неопределимы;

распор несколько меньше, чем у трехшарнирной (смещению опор препятствует сопротивление самой арки разгибанию).

«+»

1) более экономична, чем трехшарнирная;

2) просты в изготовление и монтаже;

3) не сильно реагируют на осадку опор и температурные воздействия (благодаря опорным шарнирам)

в) бесшарнирные

трижды статически неопределимы;

«+»

1) экономична (по затрате материала самой арки);

2) легкая (полное защемление арки на опоре, а следовательно и равномерное распределение моментов по длине арки);

3) жесткая;

4) надежная конструкция кровли из-за отсутствия конькового шарнира.

«-»

1) требования идеального защемления концов арки (наличие опорных моментов);

2) требует устройства надежного основания и мощных опор;

3) реагирует на осадку опор и температурные воздействия.

3)по числу пролетов:

а) однопролетные;

б) многопролетные.

Рис. 5. Многопролетная арка перекрытия вокзальных перронов.

В многопролетных арках распоры смежных пролетов уравновешиваются, и промежуточные опоры работают на сжатие с незначительным изгибом от несимметричной нагрузки (снег, ветер).

4) по очертанию осей арок:

Обычные очертания арки:

а) круговая;

б) параболическая;

в)треугольная.

Встречаютсяочертания:

г) эллиптические,

д) коробовые (многоцентровые),

е) «ползучие» (опоры в разных уровнях).

Очертание оси арок зависит:

1) от функционального назначения здания;

2) от габаритов здания;

3) от действующих нагрузок;

4) технологических условий изготовления и монтажа.

Очертание арки выбирают близким к линии давления.

При симметричной нагрузкедля пологих арок - парабола.

Часто для упрощения изготовления арок параболу заменяют дугойокружности(положительное - использование стандартных конструктивных элементов).

5) по форме сечения арки могут быть:

· двутавровые (рис. 6.)

Рис. 6. Железобетонная арка двутаврового сечения с затяжкой

· прямоугольные (рис. 7)

Рис. 7. Монолитная двухшарнирная арка с затяжкой:

а – общий вид; б – опорны узел; в – арматурный каркас

Затяжки обычно работают на центральное растяжение. Если к затяжкам приложить нагрузку от подвесного подъемно-транспортного оборудования, то анна будет работать внецентренно-растянутый элемент.

По материалу затяжки бывают:

· железобетонными предварительно напряженные, армируемые высокопрочной проволочной или канатной арматурой;

· стальные затяжки: - гибкие (2-3 стержня, пропущенных на опоре через арку)

- жесткие (из дух швеллеров или уголков, связанных между собой планками).

Рис. 8. Опорные узлы арок с затяжками:

а – из круглой стали; б – из швеллеров; в – из преднапряженного бетона.

Большепролетные высокие арки имеют более сложное очертание оси, их обычно выполняют трехшарнирными. Распор арки передают на фундаменты и грунты основания. При слабых грунтах для восприятия распора арки устраивают затяжку, расположенную ниже уровня пола арки.

От воздействия арки в местах опирания возникает распор «Н». Величина распора зависит от действующей нагрузки, пролета и стрелы подъема.

Для восприятия распора устанавливают затяжки, а чтобы затяжки не провисали, используют подвески. Распор также может восприниматься фундаментом или примыкающим сооружением (рис. 9)

Рис. 9. Основные способы восприятия распора арок.

а – грунтовым основанием; б – затяжкой; в – грунтовым основанием и затяжкой; г – примыкающими сооружениями.

На арку действуют:

- постоянные нагрузки от веса покрытия и собственного веса (равномерно распределенные);

- временные нагрузки:

· снеговая (2 варианта загружения: равномерно распределенная и треугольная, учитывающая образование снеговых мешков),

· сосредоточенная от подъемно-транспортного и подвесного оборудования,

· ветровая (расчет производят только про большой высоте арки).

Арки конструируют и рассчитывают как внецентренно-сжатые элементы, в которых возможно возникновение изгибающих моментов противоположных знаков, поэтому сечение арки армируют симметрично по максимальной площади.

Поперечные силы в арках незначительны; поперечные стержни ставят по расчету и конструктивным соображениям. Арматуру затяжки подбирают как для растянутого элемента по условиям прочности и трещиностойкости.

Опорные узлы арок приведены на рис. 8. Железобетонные арки также могут быть сквозными (рис. 10)

Рис. 10. Параболическая трехшарнирная железобетонная сквозная арка пролетом 46 м.