3.5. 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. 3.29)

Рис.3.29. Конструкции опорного узла при металлической (а, б) и железобетонной (в) затяжках

В конструктивном отношении выгодно очертание оси арки, близкое к кривой давления. Арочный момент

(3.17)

где М_bmx— балочный момент; H —распор арки.

Очертание кривой давления находят, полагая М_x;=0. Тогда

(3.18)

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

(3.19)

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. 3.30. 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. 3.31, 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

(3.21)

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.3.30. Конструкция сборной арки с затяжкой пролетом 36м

Рис.3.31. 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 А_red. 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

(3.22)

где М_bm — балочный момент в середине пролета арки.

Усилия М, Q, N определяют в нескольких сечениях по длине арки (рис. 3.31,б). Изгибающие моменты определяют по формуле (3.17), продольные и попе­речные силы

(3.23)

(3.24)

где φ — угол между касательной к оси арки в рассматриваемом се­чении и горизонтальной прямой; Q_bm — 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.