Арки в покрытиях одноэтажных зданий. Особенности проектирования.

При пролете свыше 30 м железобетонные арки стано­вятся экономичнее ферм. Наиболее распространенные арки — двухшарнирные — выполняют пологими со стре­лой подъема f=1/6...1/8l. Распор арки обычно воспринимается затяжкой. В конструктивном отношении выгод­но очертание оси арки, близкое к кривой давления.Арочный момент:

- арочный момент; Н — распор арки.

Очертание кривой давления находят, полагая M_x = 0. Тогда

При равномерно распределенной нагрузке и несмещаемых опорах кривая давления арки будет квадратной параболой

Полного совпадения оси арки с кривой давления до­стичь не удается, так как при различных схемах загружения временной нагрузкой, а также под влиянием усад­ки и ползучести, бетона неизбежно возникают изгибаю­щие моменты. Влияние ползучести бетона особенно су­щественно в большепролетных арках. В связи с этим принимают такое очертание оси, при котором расчетные усилия будут наименьшими. Для типизации конструк­ции и упрощения производства работ очертание оси по­логих двухшарнирных арок обычно принимают по окруж­ности.

Конструирование арок выполняют по общим прави­лам, как для сжатых элементов. Сечение арок может быть прямоугольным и двутавровым (рис. 13.43), чаще с симметричным двойным армированием, так как воз­можны знакопеременные изгибающие моменты. Затяжку выполняют предварительно напряженной. Для уменьше­ния провисания затяжки через каждые 5...6 м устраива­ют железобетонные или стальные подвески.

Двухшарнирная арка двутаврового сечения с предва­рительно напряженной затяжкой пролетом 36 м, изобра­женная на рис. 13.43, собрана из шести блоков. Затяжку изготовляют в виде целого элемента с опорными блока­ми, что повышает надежность работы распорной конст­рукции. В качестве напрягаемой арматуры затяжки при­меняют канаты, натягиваемые на упоры. Блоки на мон­таже соединяют сваркой либо выпусков арматуры, либо закладных деталей. Стыковые швы замоноличивают.

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 рассчитывают на вес покрытия и арки, сплош­ную и одностороннюю нагрузку от снега и сосредоточен­ную нагрузку от подвесного транспорта. Большепролет­ные арки рассчитывают также на усадку и ползучесть бетона, а высокие арки — на ветровую нагрузку. В рас­четной схеме очертание пологой двухшарнирной арки принимают по квадратной параболе (рис. 13.44, а). Вы­соту и ширину сечения арки предварительно принимают h= (1/30...1/40)l; b = (0,4...0,5)h.

Площадь сечения арматуры затяжки предварительно подбирают по распору

Двухшарнирные арки рассчитывают как статически неопределимые системы с учетом влияния перемещений от изгибающих моментов и нормальных сил. Для пред­варительно напряженной затяжки в расчете перемеще­ний учитывают приведенную площадь бетона. Пред­варительное напряжение затяжки, в результате которо­го деформации арматуры оказываются выбранными, уменьшает подвижность опор арки и приближает ее ра­боту под нагрузкой к работе арки с неподвижными пята­ми. При этом распор Н увеличивается, а изгибающий момент арки уменьшается

Трехшарнирные арки статически определимы. Если опоры расположены в одном уровне, то распор

где — балочный момент в середине пролета арки.

Усилия М, Q, N определяют в нескольких сечениях по длине арки (рис. 13.44,6). Продольные и поперечные

силы

где —уголмеждукасательной к оси арки в рассматриваемом се­чении и горизонтальной прямой; — балочная поперечная сила.

Усилия в сечениях, вычисленные от разных загружений, сводят в таблицу, по которой устанавливают максимальные и минимальные расчетные усилия. Сечение ар­матуры подбирают по формулам для сжатых элементов. Чтобы учесть влияние продольного изгиба в плоскости кривизны, расчетную длину принимают: для трехшарнир­ной арки — 0,58 s, для двухшарнирной — 0,54 s, для бесшарнирной — 0,36s (где s — длина дуги). 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.