Схема арок

По статической схеме арки бывают бесшарнирные, одношарнирные, двухшарнирные, трехшарнирные и четырехшарнирные. Первые две схемы применяются обычно для железобетонных конструкций, тогда как двухи трехшарнирные системы являются основными для металлических арок. По затрате металла обе эти системы примерно равноценны. Двухшарнирная арка несколько жестче трехшарнирной арки, но в ней возникают дополнительные усилия при колебании температуры и при смещении опор под влиянием распора (вертикальные осадки опор не вызывают дополнительных усилий). В трехшарнирной арке, как системе статически определимой, от колебаний температуры и смещения опор дополнительных усилий не возникает. Монтаж трехшарнирных арок благодаря ключевому шарниру несколько проще монтажа двухшарнирных арок. Для увеличения жесткости иногда после монтажа постановкой дополнительного стержня закрывают ключевой шарнир трехшарнирной арки. При преобладании симметричных нагрузок по затрате металла более выгодны четырехшарнирные арки. Эта система геометрически изменяема, но при симметричной схеме и нагрузке находится в равновесии. Идея конструкции заключается в приближении кривой давления от нагрузки к оси арки. Кривая давления проходит через шарниры и, следовательно, располагается ближе к оси арки, вследствие чего уменьшаются изгибающие моменты. Конструкция шарниров такова, что при несимметричной нагрузке, например при действии ветра или при односторонней снеговой нагрузке, один из шарниров закрывается, и арка превращается в несимметричную трехшарнирную арку. При более сложных несимметричных нагрузках для определения того, какой шарнир должен закрываться, нужно построить кривую давления в предположении закрытия одного какого-либо шарнира. Если эта кривая пройдет ниже шарнира (при расположении шарниров у верхнего пояса арки), то этот шарнир действительно закроется при данной нагрузке. В двух- и трехшарнирных арках больших пролетов целесообразно несколько приподнять пятовые шарниры, что также ведет к приближению кривой давления к оси арки. Теоретические исследования показывают, что для арок плавного очертания наивыгоднейшая высота поднятия пятовых шарниров равна около 1/3 полной высоты, а при рамных очертаниях — около 1/4 Для уменьшения размеров опор применяют арки с затяжками. Затяжки, соединяющие пятовые шарниры, более эффективны, чем приподнятые затяжки, так как в последнем случае распор в пятах арок погашается не полностью. При устройстве затяжки одна из опор арки делается подвижной, и таким образом система превращается в балочную.