- •2.1 Определение нагрузок, действующих на арку
- •2.1.1 Постоянная нагрузка
- •2.1.2 Снеговая нагрузка
- •2.1.3 Ветровая нагрузка.
- •2.2 Статический расчет арки
- •2.3 Конструктивный расчет
- •2.3.1 Расчет арки на прочность
- •2.3.2 Расчет арок на устойчивость плоской формы деформирования.
- •2.4 Конструирование и расчет конькового шарнира арки.
2.1.3 Ветровая нагрузка.
Нормативное значение средней ветровой нагрузки на высоте z над поверхностью земли определяем по формуле
где - нормативное значение ветрового давления, принимаемое в зависимости от ветрового района (табл. 1.10 [1]); w0 = 0,23кН/м2 – скоростной напор ветра для I района;
- коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте (табл. 1.11 [1]) дляместности типа B;
;
Так как при высоте конструкции 4,8м. то коэффициент k, принимаем с запасом – k = 0,5.
с– аэродинамический коэффициент, ; ; при h1/l = 0,2 и α = 22º
(табл. 1.12 [1]).
Коэффициент надежности для ветровой нагрузки принимаем равным 1.4 [1].
Расчетная ветровая нагрузка на 1м арки по участкам:
;
.
Рисунок 2.5 Схема приложения на арку ветровой нагрузки
2.2 Статический расчет арки
Произведем расчет арки по следующим сочетаниям нагрузок:
Постоянная нагрузка + снеговая нагрузка на весь пролет;
Постоянная нагрузка + снеговая нагрузка на половине пролета;
Постоянная нагрузка + снеговая нагрузка на весь пролет + ветровая с коэффициентом сочетания 0,9 [1];
Постоянная нагрузка + снеговая нагрузка на половине пролета + ветровая с коэффициентом сочетания 0,9.
Статический расчет арки выполняем в программном комплексе “Raduga”. Основная система: статически определимая трехшарнирная арка.
Рисунок 2.6 Постоянная нагрузка + снеговая нагрузка на весь пролет
Рисунок 2.7 Постоянная нагрузка + снеговая нагрузка на половине пролета
Рисунок 2.8 Постоянная нагрузка + снеговая нагрузка на весь пролет + ветровая с коэффициентом сочетания 0,9 (расчетная комбинация)
Рисунок 2.9 Постоянная нагрузка + снеговая нагрузка на половине пролета + ветровая с коэффициентом сочетания 0,9
Максимальный изгибающий момент возникает при загружении арки постоянной нагрузкой, снеговой нагрузкой на арку и ветровой. Внутренние усилия возникающие в сечениях арки представлены в табл. 2.2.
Рисунок. 2.10 Эпюра изгибающих моментов от расчетной
комбинации нагрузок
Рисунок. 2.11 Эпюра продольной силы от расчетной комбинации нагрузок
Таблица 2.2 Внутренние усилия в стержнях арки.
Максимальный изгибающий момент , соответствующая продольная сила - , поперечная сила - при комбинации: постоянная нагрузка + снеговая нагрузка на весь пролет + ветровая с коэффициентом сочетания 0,9 (расчетная комбинация)
2.3 Конструктивный расчет
Для изготовления арок принимаем пиломатериал из древесины породы лиственница кроме европейской и японской II сорта толщиной 40мм с последующей острожкой на 6мм (табл.1.1[1]) и шириной 225мм.
Оптимальная высота сечения арки находится в пределах:
.
Принимаем поперечное сечение арки 225мм680 мм из 20 слоев толщиной 34мм. После изготовления клееный пакет фрезеруется с фугованием по ширине на 10мм. (табл.1.3[1]). Таким образом принимаем окончательные размеры клееного пакета 215мм680мм – Ad= 146200 мм2;
Расчетное сопротивление сжатию и изгибу fm.d=fc.o.d=15МПа (табл. 2.4 [1]).
Коэффициент условий работы kmod= 1,2 (табл. 2.6 [1]); при h=680мм kh=0,936 (табл. 2.7 [1]); при =34мм k = 0.994 (табл. 2.8 [1]); ks = 0.9 (п. 2.1.2.10 [1]); kx = 1,2 (табл. 2.5 [1]).
С учетом коэффициентов расчетные сопротивления сжатию и изгибу равны
fc.o.d= fm.d= 151,20,9360.9941,20,9 = 18.09МПа.