Трехшарнирной аркой (рамой) называется статически определимая распор-ная система, состоящая их двух полуарок (полурам), соединенных между собой и с поверхностью земли шарнирами.
Арка – распорная система, имеющая форму кривого стержня, обращенная выпуклостью навстречу действию основной нагрузки:
Выделяют следующие элементы арки: левая полуарка АС и правая по-луарка СВ, пятовые (опорные) шарниры в точках А и В, ключевой шарнир в точке С, затяжка – элемент, соединяющий опорные шарниры А и В, подвески – элементы, поддерживающие затяжку. Основными геометрическими парамет-рами арки являются: пролет (или длина пролета) - l и стрела подъема (или вы-сота арки в ключе) - f .
Очертание арки может быть произвольным, рациональным, но чаще всего ось арки задается очерченной по закону квадратной параболы или окружности. При очертании оси арки:
а) по закону квадратной параболы
- уравнение оси имеет вид:
- тангенс угла наклона касательной к оси арки
б) по закону окружности
- уравнение оси имеет вид , где ,
- синус угла наклона касательной к оси арки ,
- косинус угла наклона касательной к оси арки .
Трехшарнирные системы являются распорными, т.е. под действием нагрузки любого типа (вертикальной или горизонтальной) в них возникают горизонтальные составляющие опорных реакций - распор, которые принято обозначать символом «Н».
Аналитический расчет трехшарнирных систем.
Целью аналитического расчета трехшарнирных систем является определе-ние внутренних силовых факторов: поперечной силы, продольной силы, изгибаю-щего момента.
Аналитический расчет начинают с определения опорных реакций. Для опре-деления вертикальных составляющих опорных реакций составляют уравнения равенства нулю сумм моментов всех сил, приложенных к арке, относительно пятовых (опорных) шарниров:
Для определения горизонтальных составляющих опорных реакций состав-ляют уравнения равенства нулю сумм моментов всех сил, приложенных к левой полуарке и правой полуарке, относительно ключевого шарнира:
из последних уравнений величину распора Н выразим в виде равенства:
, где - «балочный» изгибающий момент относительно ключевого шарнира С, f - стрела подъема арки.
проверка правильности определения горизонтальных составляющих опорных реакций:
;
Определение внутренних силовых факторов в сечении арки
Поперечная сила в сечении к- QК определяется как алгебраическая сумма проекций всех сил, приложенных по одну сторону от сечения на ось, перпендику-лярную касательной, проведенной к оси арки в сечении к (на плоскость сечения):
,
где - балочная поперечная сила в сечении к, - угол наклона касса-тельной, проведенной к оси арки в сечении к.
Поперечная сила считается положительной, если стремится повернуть отсеченный элемент по ходу часовой стрелки.