Лекция Принципы компановки железобетонных конструкций
 Скачать 13.92 Mb.
|
|
14.2. Балки покрытий Балки покрытий могут быть пролетом 12 и 18 м, а в отдельных конструкциях - пролетом 24 м. Очертание верхнего пояса при двускатном покрытии может быть трапециевидным с постоянным уклоном, ломаным или криволинейным (рис. 14.9, а - в). Балки односкатного покрытия выполняют с параллельными поясами или ломаным нижним поясом, плоского покрытия - с параллельными поясами (рис. 14.9,г - е). Шаг балок покрытий 6 или 12 м.  Рис. 14.9. Конструктивные схемы балок покрытий Наиболее экономичное поперечное сечение балок покрытий - двутавровое со стенкой, толщина которой 60…100 мм устанавливается главным образом из условий удобства размещения арматурных каркасов, обеспечения прочности и трещиностойкости. У опор толщина стенки плавно увеличивается, и устраивается уширение в виде вертикального ребра жесткости. Стенки балок в средней части пролета, где поперечные силы незначительны, могут иметь отверстия круглой или многоугольной формы, что несколько уменьшает расход бетона, создает технологические удобства для сквозных проводок и различных коммуникаций. Высоту сечения балок в середине пролета принимают (1/10 – 1/15)l. Высоту сечения двускатной трапециевидной балки в середине пролета определяет уклон верхнего пояса 1 : 12 и типовой размер высоты сечения на опоре 800 мм (или 900 мм). В балках с ломаным очертанием верхнего пояса благодаря несколько большему уклону верхнего пояса в крайней четверти пролета достигается большая высота сечения в пролете при сохранении типового размера высоты сечения на опоре. Балки с криволинейным верхним поясом приближаются по очертанию к эпюре изгибающих моментов и теоретически несколько выгоднее по расходу материалов, однако усложненная форма повышает стоимость их изготовления. Ширину верхней сжатой полки балки для обеспечения устойчивости при транспортировании и монтаже принимают (1/50 – 1/60)l. Ширину нижней полки для удобного размещения продольной растянутой арматуры принимают 250…300 мм. Двускатные балки выполняют из бетона класса С20/25…С35/40 и армируют напрягаемой проволочной, стержневой и канатной арматурой (рис. 14.10). При армировании высокопрочной проволокой ее располагают группами по 2 шт. в вертикальном положении, что создает удобства для бетонирования балок в вертикальном положении. Стенку балки армируют сварными каркасами, продольные стержни которых являются монтажными, а поперечные - расчетными, обеспечивающими прочность балки по наклонным сечениям; приопорные участки балок для предотвращения образования продольных трещин при отпуске натяжения арматуры (или ограничения ширины их раскрытия) усиливают дополнительными поперечными стержнями, которые приваривают к стальным закладным деталям. Повысить трещиностойкость приопорного участка балки можно созданием двухосного предварительного напряжения (натяжением также и поперечных стержней).  а – прямоугольное; б – тавровое; в, г, - двутавровое; 1 – напрягаемая стержневая арматура; 2 – проволочная арматура Рис.14.10. Поперечные сечения стропильных балок  Рис.14.11. Формы отверстий в стенках стропильных балок   Рис.14.12. Сборная балка, составленная из отдельных блоков   Рис.14.13. Конструкция двускатной стропильной балки с ненапрягаемой арматурой пролетом 9,0м    Рис. 14.14. Двускатная балка покрытия двутаврового сечения пролетом 18м со стержневой (а), проволочной (б) и прядевой (в) арматурой Двускатные балки двутаврового сечения для ограничения ширины раскрытия трещин, возникающих в верхней зоне при отпуске натяжения арматуры, целесообразно армировать также и конструктивной напрягаемой арматурой, размещаемой в уровне верха сечения на опоре (рис. 14.15). Этим уменьшаются эксцентриситет силы обжатия и предварительные растягивающие напряжения в бетоне верхней зоны. Двускатные балки прямоугольного сечения с часто расположенными отверстиями условно называют решетчатыми балками (рис. 14.16). Типовые решетчатые балки в зависимости от значения расчетной нагрузки имеют градацию ширины прямоугольного сечения 200, 240 и 280 мм. Для крепления плит покрытий в верхнем поясе балок всех типов заложены стальные детали.  1 – нижняя арматура 2 – верхняя арматура Рис. 14.15. Схема расположения напрягаемой арматуры двускатной балки Рис. 14.16. Двускатная решетчатая балка покрытия прямоугольного сечения пролетом 18м Балки покрытия рассчитывают как свободно лежащие; нагрузки от плит передаются через ребра. При пяти и больше сосредоточенных силах нагрузку заменяют эквивалентной равномерно распределенной. Для двускатной балки расчетным оказывается сечение, расположенное на некотором расстоянии х от опоры. Так, при уклоне верхнего пояса 1 : 12 и высоте балки в середине пролета h = l/12 высота сечения на опоре составит  , а на расстоянии x от опоры (14.1)Положим рабочую высоту сечения балки  , изгибающий момент при равномерно распределенной нагрузке: (14.2)тогда площадь сечения продольной арматуры:  (14.3)Расчетным будет то сечение балки по ее длине, в котором  достигает максимального значения. Для отыскания этого сечения приравниваем нулю производную (14.4)Отсюда, полагая, что  - величина постоянная, дифференцируя, получим  (14.5)Из решения квадратного уравнения найдем x=0,37l. В общем случае расстояние от опоры до расчетного сечения x= 0,35.. .0,4l. Если есть фонарь, то расчетным может оказаться сечение под фонарной стойкой. Поперечную арматуру определяют из расчета прочности по наклонным сечениям. Затем выполняют расчеты по трещиностойкости, прогибам, а также расчеты прочности и трещиностойкости на усилия, возникающие при изготовлении, транспортировании и монтаже. При расчете прогибов трапециевидных балок следует учитывать, что они имеют переменную по длине жесткость. Для расчета балок покрытий на ЭВМ разработаны программы, согласно которым может быть выполнен выбор оптимального варианта конструкции. Варьируя переменными параметрами (класс бетона, класс арматуры, размеры поперечного сечения, степень натяжения арматуры и др.), ЭВМ выбирает для заданного пролета и нагрузки лучший вариант балки по расходу бетона, арматуры, стоимости и выдает данные для конструирования. Технико-экономические показатели двускатных балок покрытий в зависимости от формы сечения и вида напрягаемой арматуры приведены в табл. 14.2. Балки двутаврового сечения экономичнее решетчатых по расходу арматуры приблизительно на 15 %, по расходу бетона - приблизительно на 13%. При наличии подвесных кранов и грузов расход стали в балках увеличивается на 20—30%. Таблица 14.2. Технико-экономические показатели двускатных балок покрытий пролетом18м при шаге 6 м и расчетной нагрузке 3,5—5,5 кН/м2
14.3. Фермы покрытий Железобетонные фермы применяют при пролетах 18, 24 и 30м, при шаге 6 или 12 м. В железобетонных фермах в сравнении со стальными расход металла почти вдвое меньше, но трудоемкость и стоимость изготовления немного выше. При пролетах 36 м и больше, как правило, применяют стальные фермы. Однако технически возможны железобетонные фермы и при пролетах порядка 60 м и более. При скатных, малоуклонных и плоских покрытиях применяют железобетонные фермы, отличающиеся очертанием поясов и решетки. Различают следующие основные типы ферм: сегментные с верхним поясом ломаного очертания и прямолинейными участками между узлами (рис. 14.17,а); арочные раскосные с редкой решеткой и верхним поясом плавного криволинейного очертания (рис. 14.17,б); арочные безраскосные с жесткими узлами в примыкании стоек к поясам и верхним поясам криволинейного очертания (14.17,в); полигональные с параллельными поясами или с малым уклоном верхнего пояса трапециевидного очертания (14.17,г); полигональные с ломаным нижним поясом (14.17,(д).  Рис.14.17. Схемы стропильных ферм  Рис. 14.18. Эпюры моментов в верхнем поясе арочной фермы Высоту ферм всех типов в середине пролета обычно принимают равной 1/7—1/9 пролета. Панели верхнего пояса ферм, за исключением арочных раскосных, проектирует размером 3 м с тем, чтобы нагрузка от плиты покрытия передавалась в узлы ферм и не возникал местный изгиб. Нижний растянутый пояс ферм всех типов и растянутые раскосы ферм некоторых типов проектируют предварительно напряженными с натяжением арматуры, как правило, на упоры. Наиболее благоприятное очертание по статической работе имеют сегментные и арочные фермы, так как очертание их верхнего пояса приближается к кривой давления. Решетка этих ферм слабоработающая (испытывающая незначительные усилия), а высота на опорах срав- нительно небольшая, что приводит к снижению массы фермы и уменьшению высоты наружных стен. В арочных раскосных фермах изгибающие моменты от внеузлового загружения верхнего пояса уменьшаются благодаря эксцентриситету продольной силы, вызывающему момент обратного знака, что позволяет увеличить длину панели верхнего пояса и сделать решетку более редкой (рис 14.18). В арочных безраскосных фермах возникают довольно большие изгибающие моменты в стойках, поясах и для обеспечения прочности и трещиностойкости появляется необходимость в дополнительном армировании, однако эти фермы несколько проще в изготовлении, удобнее в зданиях с малоуклонной или плоской кровлей и при использовании межферменного пространства для технологических коммуникаций (при устройстве дополнительных стоечек над верхним поясом). Полигональные фермы с ломаным очертанием нижнего пояса более устойчивы на монтаже и не требуют специальных креплений, так как их центр тяжести расположен ниже уровня опор. Полигональные фермы с параллельными поясами или с малым уклоном верхнего пояса имеют некоторое экономическое преимущество в том отношении, что при плоской кровле создается возможность широко применять средства механизации кровельных работ. Для ферм всех типов уменьшение размеров сечений и снижение общей массы достигается применением бетонов высоких классов (С25/30—С45/50) и установлением высоких процентов армирования сечений поясов. Фермы рационально изготовлять цельными. Членение их на полуфермы с последующей укрупнительной сборкой на монтаже повышает стоимость. Фермы пролетом 18 м изготовляют цельными; пролетом 24 м — цельными или из двух полуферм; пролетом 30 м — из двух полуферм. Решетку полуфермы следует разбивать так, чтобы стык нижнего пояса для удобства монтажного соединения был выносным, т. е. расположенным между узлами. Чтобы обеспечить монтажную прочность участка нижнего пояса, у стыка устраивают конструктивные дополнительные подкосы (не учитываемых в расчете). Решетка ферм может быть закладной из заранее изготовленных железобетонных элементов с выпусками арматуры, которые устанавливают пред бетонированием поясов и втапливают в узлы на 30…50 мм, или изготовляемой одновременно с бетонированием поясов. Последний вариант получил большее распространение. Ширина сечения закладной решетки должна быть менее ширины сечения поясов, а ширина сечения решетки, бетонируемой одновременно с поясами, должна быть равна ширине сечения последних. Ширину сечения верхнего и нижнего поясов ферм из условий удобства изготовления принимают одинаковой, ширину сечения поясов при шаге ферм 6 м принимают 200—250 мм, а при шаге ферм 12 м — 300—350 мм. Армирование нижнего растянутого пояса должно выполняться с соблюдением расстояний в свету между напрягаемыми стержнями, канатами, спаренной проволокой, что обеспечивает удобство укладки и уплотнения бетонной смеси. Вся растянутая арматура должна охватываться замкнутыми конструктивными хомутами, устанавливаемыми с шагом 500 мм. Верхний сжатый пояс и решетки армируют ненапрягаемой арматурой в виде сварных каркасов. Растянутые элементы решетки при значительных усилиях выполняют предварительно напряженными. В узлах железобетонных ферм для надежной передачи усилий от одного элемента к другому создают специальные уширения — вуты, позволяющие лучше разместить и заанкерить арматуру решетки (рис. 14.19). Узлы армируют окаймляющими цельногнутыми стержнями диаметром 10—18 мм и вертикальными поперечными стержнями диаметром 6—10 мм с шагом 100 мм, объединенными в сварные каркасы. Арматуру элементов решетки заводят в узлы, а растянутые стержни усиливают на конце анкерами в виде коротышей, петель, высаженных головок. Надежность заделки проверяют расчетом.  Рис. 14.19. Армирование промежуточных узлов ферм а — в - верхнего пояса; г - нижнего пояса Опорные узлы ферм армируют дополнительной продольной ненапрягаемой арматурой и поперечными стержнями, обеспечивающими надежность анкеровки растянутой арматуры нижнего пояса и прочность опорного узла по наклонному сечению. Кроме того, чтобы предотвратить появление продольных трещин при отпуске натяжения арматуры, ставят специальные поперечные стержни, приваренные к закладным опорным листам, и сетки. Пример армирования сегментной фермы пролетом 24 м приведен на рис.14.20. Напрягаемую арматуру нижнего пояса фермы предусматривают нескольких видов: из канатов класса, стержней из стали класса S800 и S1200, высокопрочной проволоки. Арматуру натягивают на упоры. Хомуты нижнего пояса выполняют в виде встречно поставленных П-образных сеток, окаймляющих напрягаемую арматуру. В опорном узле поставлены дополнительные продольные ненапрягаемые стержни диаметром 12 мм, заведенные в приопорную панель нижнего пояса, и поперечные стержни 10мм (рис. 14.21).   Рис.14.20. Конструкция поясов сегментной фермы  Рис.14.21. Конструкция узлов сегментной фермы Расчет ферм выполняют на действие постоянных и временных нагрузок — от покрытия, массы фермы, подвесного транспорта. Нагрузки от массы покрытия считаются приложенными к узлам верхнего пояса, а нагрузки от подвесного транспорта — к узлам нижнего пояса. В расчете учитывают неравномерное загружение снеговой нагрузкой у фонарей и по покрытию здания. Учитывают также невыгодное для элементов решетки загружение одной половины фермы снегом и подвесным транспортом. В расчетной схеме раскосной фермы при определении усилий принимают шарнирное соединение элементов поясов и решетки в узлах. В расчетах прочности влиянием жесткости узлов фермы на усилия в элементах поясов и решетки в виду малости можно пренебречь. При определении изгибающих моментов от внеузловой нагрузки верхний пояс рассматривается как неразрезная балка, опорами которой являются узлы. Прочность сечений поясов и решетки рассчитывают по формулам для сжатых и растянутых элементов. Расчетная длина сжатых элементов в плоскости фермы и из плоскости фермы различна (табл. 14.3). Таблица 14.3. Расчетная длинна l0 сжатых элементов фермы
Примечание:l— расстояние между центрами смежных закрепленных узлов; e0 — эксцентриситет продольной силы; h — высота сечения верхнего пояса; b, bd- ширина сечения верхнего пояса и стойки. Безраскосные сегментные фермы по схеме работы близки к железобетонным аркам с затяжкой, удерживаемой подвесками. Бетон С30/35 – С40/45. Предварительно напряженную арматуру нижнего пояса предусматривают из стержневой упрочненной периодического профиля класса S500, горячекатаной стали класса S800, холоднотянутой проволоки диаметром 5мм (рис. 14.22).  Рис.14.22. Конструкция безраскосной сегментной фермы Фермы с параллельными поясами изготавливают пролетом 18, 24 и 30м при шаге колонн 6 и 12 м (рис. 14.23). Для компенсации прогиба ферм верхнему поясу придается уклон путем увеличения поперечного сечения на 20…40мм.   Рис.14.23. Конструкция фермы с параллельными поясами Растянутые раскосы при усилиях до 300кН проектируют без предварительного напряжения продольной рабочей арматуры, а при усилиях свыше 300кН – предварительно напряженными со стержневой арматурой, натягиваемой электротермическим способом. Растянутые предварительно напряженные раскосы анкеруются в узлах ферм выпуском рабочих стержней арматуры, на концах которых приварены коротыши. Ширина верхнего и нижнего поясов принята одинаковой для ферм пролетом 18 и 24м: при шаге 6м – 240мм и при шаге 12м – 280мм. Арматуру опорного узла фермы на основании исследований можно рассчитывать по схеме (рис. 14.24а.) Учитывается, что понижение расчетного усилия в напрягаемой арматуре, которое происходит из-за недостаточной анкеровки в узле, компенсируется работой на растяжение дополнительной продольной ненапрягаемой арматуры и поперечных стержней. Площадь сечения продольной ненапрягаемой арматуры:  (14.6)где N — расчетное усилие приопорной панели.  Рис.14.24. К расчету узлов ферм а — опорного узла; б — промежуточного узла Расчетное суммарное усилие нормальных к оси поперечных стержней Nw на участке l2 (от грани опоры до внутренней грани опорного узла) разложим на два направления: горизонтальное (Nw×ctg(α)) и наклонное; здесь α — угол наклона линии АВ, соединяющей точку А у грани опоры с точкой В в примыкании нижней грани сжатого раскоса к узлу. Из условия прочности в наклонном сечении по линии отрыва АВ  (14.7)определяется усилие  (14.8)площадь сечения одного поперечного стержня  (14.9)где  — расчетное усилие в продольной напрягаемой арматуре; (14.10) — расчетное усилие в продольной ненапрягаемой арматуре; (14.11)n — число поперечных стержней, пересекаемых линией АВ (за вычетом поперечных стержней, расположенных ближе 10 см от точки А);  , —длина заделки в опорном узле за линией АВ продольной напрягаемой и ненапрягаемой арматурой; lp, lan— длина заделки, обеспечивающая полное использование прочности продольной напрягаемой и ненапрягаемой арматуры.Значение lp при классе тяжелого бетона C20/30 и выше принимают 1500 мм для семипроволочных канатов, 1000 мм для высокопрочной проволоки диаметром 5 мм, 35 для стержневой арматуры класса S800. Значение lan для арматуры класса S400 принимают 35. Прочность опорного узла на изгиб в наклонном сечении проверяют по линии АС (соединяющей точку А у грани опоры с точкой С у низа сжатой зоны на внутренней грани узла) по условию, что момент внешних сил не должен превышать момента внутренних усилий:  (14.12) где QA — опорная реакция; l — длинна опорного узла; а — расстояние от торца до центра опорного узла Высота сжатой зоны в наклонном сечении:  (14.12)Арматуру промежуточного узла рассчитывают по схеме рис. 14.24б. В этом узле также учитывают, что понижение расчетного усилия в арматуре растянутого раскоса на длине заделки компенсируется работой на растяжение поперечных стержней. Из условия прочности по линии отрыва АВС  (14.13)определяют Nsw и площадь сечения одного поперечного стержня  (14.14)где N — расчетное усилие в растянутом раскосе; φ — угол между поперечными стержнями и направлением растянутого раскоса; n — число поперечных стержней, пересекаемых линией АВС; при этом поперечные стержни, располагаемые на расстоянии меньше 100 мм от точек А и С, а также имеющие в пределах вута заделку менее 30 (с учетом загнутых участков поперечной арматуры), в расчет не включаются; l1 — длина заделки арматуры растянутого раскоса за линией АВС; k2 — коэффициент, учитывающий особенность работы узла, в котором сходятся растянутый и сжатый подкосы: для узлов верхнего пояса k2 — 1; для узлов нижнего пояса, если в одном из примыкающих к узлу участке растянутого пояса обеспечивается 2-я категория требований по трещиностойкости и при наличии в узле сжатых стоек или раскосов, имеющих угол наклона к горизонту более 400, k2 — 1,1; в остальных случаях k2 — 1,05; а —условное увеличение длины заделки растянутой арматуры с анкерами: а=5 — при двух коротышах; а=3 — при одном коротыше и петле; а=2 — при высаженной головке; lan — заделка арматуры растянутого раскоса, обеспечивающая полное ее использование по прочности при тяжелом бетоне класса C25/30 и выше и арматуре класса S400 lan =35; k1=σs/fs σs —напряжение в арматуре растянутого раскоса от расчетной нагрузки. Поперечные стержни промежуточного узла, в котором сходятся два растянутых элемента решетки, рассчитывают по формуле (14.14) последовательно для каждого элемента решетки, считая, что элементы, расположенные рядом, сжаты. Расчет по трещиностойкости растянутого пояса раскосной фермы необходимо выполнять с учетом изгибающих моментов, возникающих вследствие жесткости узлов. Эти моменты в фермах со слабоработающей решеткой достаточно точно могут быть определены из рассмотрения нижнего пояса как неразрезной балки с заданными осадками опор. Последние находят по диаграмме перемещений стержней фермы. Расчет фермы выполняют также на усилия, возникающие при изготовлении, транспортировании и монтаже. В расчетной схеме безраскосной фермы в расчетах прочности и трещиностойкости принимают жесткое соединение поясов и стоек в узле. Усилия М, Q, N определяют как для статически неопределимой системы с замкнутыми контурами. Здесь возможны как строгие, так и приближенные способы расчета. Для расчета ферм на ЭВМ разработаны программы, по которым можно выбрать оптимальный вариант конструкции. 14.4. Подстропильные конструкции Подстропильные конструкции в виде балок или ферм применяют в покрытиях одноэтажных промышленных зданий при шаге стропильных конструкций 6 м и шаге колонн 12 м. Подстропильные конструкции выполняют предварительно напряженными из бетона класса С20/30, С35/40 и армируют канатами, стержневой или проволочной арматурой с натяжением на упоры. Крепление стропильных ферм к подстропильным конструкциям выполняют монтажной сваркой. Конструктивные схемы подстропильных балок пролетом 12м показаны на рис. 14.25. Подстропильные балки треугольного очертания (рис. 14.25а) с опиранием стропильных конструкций непосредственно на верхний пояс проектируют двутаврового сечения. Развитие сечения верхнего и нижнего поясов обеспечивает надежную работу на сжатие верхнего пояса и способствует удобному размещению растянутой арматуры в нижнем поясе. В подстропильных балках с параллельными поясами (рис. 14.25б) стропильные конструкции опираются на столики, расположенные в уровне нижнего пояса подстропильной балки. Сечение подстропильной балки на большей части ее протяжения также двутавровое, но с ограниченной шириной верхней полки, так как уширение верхней полки мешает размещению опорных узлов стропильных конструкций. Вследствие большой простоты конструкций и лучшей технологичности их изготовления наибольшее распространение получили балки треугольного очертания с опиранием стропильных конструкций в уровне нижнего пояса (рис. 14.25в). Балки имеют тавровое сечение с полкой, расположенной в растянутой зоне. Высота подстропильной балки на опоре и в пролете определяется конструктивной схемой покрытия и взаимосвязью всех элементов конструкций каркаса здания. Ширина подстропильных балок определяется шириной двух опорных столиков, на которых лежат стропильные конструкции. Практически ее принимают равной 700мм. Пример конструкции подстропильной балки приведен на рис. 14.26.  а – треугольного очертания с опиранием стропильных конструкций поверху; б – с параллельными поясами; в - треугольного очертания с опиранием стропильных конструкций понизу; г – опирание стропильных конструкций (1) на подстропильной балке (2) Рис.14.25. Конструктивные схемы подстропильных балок  Рис.14.26. Конструкция подстропильной балки с рабочей арматурой в виде стержневой (а), проволок (б), прядей (в) Конструктивные схемы подстропильных ферм показаны на рис. 14.27. Первые конструкции подстропильных ферм были запроектированы для зданий со скатной кровлей с опиранием стропильных ферм понизу (рис. 14.27а)  Рис.14.27. Конструктивные схемы подстропильных ферм Дальнейшим развитием конструкций подстропильных ферм является схема, представленная на рис. 14.27б. Подстропильные фермы запроектированы с учетом опирания на них типовых стропильных ферм сегментного или арочного очертания. Стропильные фермы крепятся к подстропильным при помощи анкерных болтов и монтажных сварных швов. Подстропильная ферма представленная на рис. 14.27в имеет трапециевидную форму. Нижний предварительно напряженный пояс служит затяжкой для развитых сжатых раскосов, которые являются продолжением короткого участка сжатого верхнего пояса. Подстропильную конструкцию показанную на рис. 14.27г применяют при опирании стропильных конструкций в уровне верхнего пояса. Пример конструкции подстропильной фермы приведен на рис. 14.28. Напрягаемая арматура нижнего пояса предусмотрена различных перечисленных видов. Ненапрягаемую арматуру растянутых раскосов определяют из расчета прочности и раскрытия трещин. Подстропильные фермы рассчитывают по прочности и трещиностойкости с учетом жесткости узлов.  1 — стойка для опирания плиты покрытии; 2 — арматура сжатого раскоса; 3 — напрягаемая арматура нижнего пояса; 4 — напрягаемая арматура растинутого раскоса Рис. 14.28. Конструкция (а) и армирование (б) подстропильной фермы 14.5. Арки 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 воспринимают затяжкой. Затяжки выполняют стальными или железобетонными (рис. 14.29)  Рис.14.29. Конструкции опорного узла при металлической (а, б) и железобетонной (в) затяжках В конструктивном отношении выгодно очертание оси арки, близкое к кривой давления. Арочный момент  (14.17)где Мbmx— балочный момент; H —распор арки. Очертание кривой давления находят, полагая Мx;=0. Тогда  (14.18) При равномерно распределенной нагрузке и несмещаемых опорах кривая давления арки будет квадратной параболой  (14.19)где ζ=x/f Полного совпадения оси арки с кривой давления достигнуть не удается, так как при различных схемах загружения временной нагрузкой, а также под влиянием осадки и ползучести бетона изгибающие моменты неизбежно возникают. Влияние ползучести бетона особенно существенно в большепролетных арках. В связи с этим принимают такое очертание оси арки, 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, чаще с симметричным двойным армированием, так как возможны знакопеременные изгибающие моменты. Затяжку выполняют предварительно напряженной. Для уменьшения провисания затяжки через 5—6 м устраивают железобетонные или стальные подвески. Пример армирования двухшарнирной арки двутаврового сечения с предварительно напряженной затяжкой пролетом 36 м приведен на рис. 14.30. Арку собирают 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. Соединение блоков на монтаже возможно на сварке выпусков арматуры или на сварке закладных деталей. Стыковые швы замоноличивают. Большепролетные высокие арки имеют более сложное очертание оси, их обычно выполняют трехшарнирными. Распор арки передают на фундаменты н грунты основания. При слабых грунтах распор арки воспринимают затяжкой, расположенной ниже уровня пола. Арки рассчитывают на нагрузки от покрытия и массы арки, сплошную и одностороннюю нагрузку от снега и сосредоточенную нагрузку от подвесного транспорта, большепролетные арки рассчитывают также на усадку ползучесть бетона, а высокие арки — на нагрузку от ветра. В расчетной схеме очертание пологой двухшарнирной арки принимают по квадратной параболе (рис. 14.31, а). Высоту и ширину сечения арки предварительно принимают: h = (1/30... 1 /40)l; b=(0,4.. .0,5)h Площади сечения арматуры затяжки предварительно подбирают по распору  (14.21) а – общий вид; б – конструкции блока арки; в – варианты стыка блоков; г – конструкция затяжки; д – крепление подвески к затяжке; 1- ванная сварка; 2 - накладка Рис.14.30. Конструкция сборной арки с затяжкой пролетом 36м  Рис.14.31. К расчету арок 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 Аred. 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  (14.22)где Мbm — балочный момент в середине пролета арки. Усилия М, Q, N определяют в нескольких сечениях по длине арки (рис. 14.31,б). Изгибающие моменты определяют по формуле (14.17), продольные и поперечные силы  (14.23) (14.24)где φ — угол между касательной к оси арки в рассматриваемом сечении и горизонтальной прямой; Qbm — балочная поперечная сила. Усилия в сечениях, вычисленные от разных загружений, сводят в таблицу, по которой устанавливают максимальные и минимальные расчетные усилия. Сечения арматуры подбирают по формулам для сжатых элементов. Чтобы учесть влияние продольного изгиба в плоскости кривизны, расчетную длину принимают: для трехшарнирной арки, равной 0,58s, для двухшарнирной — 0,54s, 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. |