5.4.3. Расчет опорных частей

Расчет опорных шарниров для арок небольших пролетов (рис. 5.7, а) производится аналогично расчету баз центрально-сжатых колонн, что касается определения размеров в плане и толщины опорной плиты. Разница состоит в том, что фундаментные болты необходимо проверить на срез под действием поперечной силы и на растяжение под действием растягивающей силы N, которая может возникнуть от действия ветра в легких арках.

Плиточные шарниры (см. рис. 5.7, б) рассчитывают на смятие при свободном касании по формуле

N
2rl
  ≤ Rcdγc,
(5.25) где N - нормальная сила на опоре; r, l - радиус кривизны и длина плиты; Rcd - расчетное сопротивление стали при свободном касании.

Необходимая толщина плиты t определяется из условия ее работы на изгиб как консоли при равномерном загружении опорным давлением по верхней поверхности (см. рис. 5.7, б) интенсивностью σ = N / al

t =
3N
4Ryl
 
.
(5.26)

Балансирные и пятниковые шарниры передают давление на нижнюю часть шарнира при плотном касании (см. рис. 5.7, в - г). Напряжения сжатия в цапфе распределяются неравномерно от максимального значения по вертикальной оси до нуля на границе балансира (см. рис. 5.7, г).

Можно предположить, что напряжения по цилиндрической поверхности цапфы распределяются по закону косинуса и линию контакта в запас ограничить углом π / 2. Тогда наибольшее напряжение в цапфе можно получить из выражения

(5.27)

откуда

σmax =
1,6N
dl
  ≤ Rlp,
(5.28)

где Rlp - расчетное сопротивление на местное смятие в цилиндрических шарнирах при плотном касании; l, d - длина и диаметр цапфы.

Подошва балансира подобно опорным плитам баз рассчитывается на изгиб под равномерным опором фундамента σ = N / al.

268

Рис. 5.14. Схемы нагрузок на арку
Рис. 5.14. Схемы нагрузок на арку
Рис. 5.15. Конструкция сквозной арки
Рис. 5.15. Конструкция сквозной арки

В бесшарнирных арках узлы опирания на фундаменты конструируются и рассчитываются аналогично рамным конструкциям. Ниже в примере приведена конструкция опоры для легкой бесшарнирной арки (рис. 5.16).

Пример 5.1. Требуется проверить прочность и устойчивость круговой бесшарнирной арки сквозного и сплошного сечения. Генеральные размеры арки показаны на рис. 5.14. Шаг арок - 3 м. Система связей и прогонов между арками обеспечивает крепление их из плоскости через 1,95 м. Район строительства г. Санкт-Петербург.

Расчетная нагрузка от собственного веса покрытия и арки составляет 0,5 кН/м2. Снеговая нагрузка 1,0 кН/м2 · 1,6 = 1,6 кН/м2. Ветровая нагрузка - 0,3 · 1,4 = 0,42 кН/м2 (1,6 и 1,4 - коэффициенты надежности по нагрузке). Нагрузки на арку составляют: собственный вес - q = 0,5 кН/м2 · 3 м = 1,5 кН/м; снег - р = 1,6 · 3 = 4,8 кН/м; ветер - qv = 0,42 · 3 = 1,26 кН/м. В соответствии с [6] схемы загружения арки от указанных нагрузок показаны на рис. 5.14.

По результатам статического расчета арки от каждой нагрузки были определены наихудшие комбинации усилий, которые составили: Мmах = 27,7 кН/м, N = 35,8 кН, Q = 20,9 кН. Такая комбинация оказалась в опорном сечении. Следует отметить, что действие ветровой нагрузки оказывало разгружающее влияние и поэтому при определении указанных комбинаций не учитывалась.

Элементы сквозной арки (рис. 5.15) выполнены из гнутосварных замкнутых профилей сечением: пояса - 70 × 40 × 3 мм (Af = 6,24 см2, ix = 2,53, iy = 1,62 см); решетка - 60 × 25 × 2,5 мм (Ad = 4,00 см2, ix = 2,07 см, iy = 1,02 см). Полная высота сечения сквозной арки 350 мм. Материал - сталь марки ВСт. 3 пс 6-1 с расчетным сопротивлением Ry = 240 МПа.

Расчетные длины поясов в плоскости арки lef,y = 65 см, из плоскости арки lef,x = 195 см. Расчетные длины раскосов lef,x = lef,y = 0,9 · 44,2 = 39,8 см. Усилия: в поясах - Nf =
Mmax
h0
  +
N
2
  =
27,7
0,31
  +
35,8
2
  = 107,2 кН; в раскосах - Nd =
Q
cos α
  =
20,9
0,678
  = 30,8 кН.

Узел опирания показан на рис. 5.16.

269

Рис. 5.16. Конструкция опоры бесшарнирной сквозной арки
Рис. 5.16. Конструкция опоры бесшарнирной сквозной арки

Расчет на устойчивость поясов

λx =
lef,x
ix
  =
195
2,53
  = 77; λy =
lef,y
iy
  =
65
1,62
  = 40; φmin = 0,706;
Nf
φmin Af
  =
107,2 · 9,8
0,706 · 6,24
  = 238,4 МПа ≤ Ryγc = 240 МПа.

Расчет на устойчивость раскосов

λx =
lef,x
ix
  =
39,8
2,07
  = 19; λy =
lef,y
iy
  =
39,8
1,02
  = 39; φmin = 0,89;
Nd
φmin Ad
  =
30,80 · 9,8
0,89 · 4,00
  = 84,7 МПа ≤ Ryγc = 240 МПа.

Устойчивость элементов поясов и решетки обеспечена.

Расчет арки на устойчивость в ее плоскости на действие осевых сил проводят по формуле

Ncr = π2EJx
μ2S2,

где Jx = kJx0 = 0,8(2 · 6,24 · 15,52 + 2 · 16,37) = 2425 см4; k = 0,8 - коэффициент, учитывающий податливость решетки; S - длина дуги полуарки; μ = 0,85 - коэффициент расчетной длины;

Ncr =
3,142 · 2,06 · 105 · 2425
0,852 · 11782 · 9,8
  = 501,8 кН >> 1,4N = 1,4 · 39,2 = 54,9 кН,

где N = 39,2 кН - продольная сила в четверти длины арки. Устойчивость арки в ее плоскости обеспечена.

270

Арка сплошного сечения выполнена из двутавра N18Б2. Геометрические характеристики сечения А = 23,95 см2, Jx = 1317см4, Wx = 146,3 см3, ix = 7,41 см, iy = 2,05 cм, ρx = 6,1 см.

Расчет арки на устойчивость в ее плоскости на действие осевых сил

Ncr =
3,142 · 2,06 · 105 · 1317
0,852 · 11782 · 9,8
  = 272,5 кН >> 1,4N = 1,4 · 39,2 = 54,9 кН,

Устойчивость арки в ее плоскости обеспечена.

Расчет арки на устойчивость из ее плоскости (по изгибно-крутильной форме) выполняем в следующей последовательности.

Усилия в четверти длины арки N = 39,2 кН, М = 15,97 кН·м

Расчетная длина из плоскости арки lef,y = 195 см

λy =
lef,x
iy
  =
195
2,05
  = 96, φy = 0,57, e =
M
N
  = 40,75.

При mx =
e
ρx
  =
40,75
6,1
  = 6,68 и λc = π
E
Ry
 
= 92 < λy = 96, с = 0,133;

N
cφyA
  =
39,2 · 9,8
0,133 · 0,57 · 23,95
  = 211,5 МПа ≤ Ryγc = 240 МПа.

Устойчивость арки из ее плоскости обеспечена.

Расчет арки на прочность

σ =
N
A
  +
Mx
Wx
  =
35,8 · 9,8
23,95
  +
2770 · 9,8
146,3
  = 200 МПа < Ryγc = 240 МПа.

Прочность арки обеспечена.

* Пример расчета подготовлен канд. техн. наук, доц. Н.Н. Родиковым.

271

Rambler's Top100
Lib4all.Ru © 2010.