Когда такие рамы можно применить,
они выгоднее рам с вертикальными стойками, так как их средняя линия больше
приближается к веревочной кривой от внешних нагрузок (предполагаются
равномерные нагрузки).
Для еще большего приближения выгодно придать средней линии
ригеля между точками С и С' (пересечения средних линий ригеля и подкосов)
.параболическую форму.
При загрузке рамы между точками С и С' линия давления в
пределах загруженного участка представляет параболу с двумя касательными, проходящими
через опорные шарниры. Однако в большинстве случаев портальная рама имеет две
консоли (CD и C'D') в обе стороны от точек Си С'.
Равномерная временная нагрузка s приложена на всей длине
ригеля 2c+2d. В случае простых опор, т. е. могущих свободно скользить, будем
иметь две эпюры моментов: ц' — в ригеле DCCD' И|х —в портале АСС'А'.
На консолях ригеля момент ц' (при b=d) равен—— , где х — абсцисса
относительно левого шарнира А. Между точками С и С' момент равен моменту в
ригеле, опертом по концам (т. е. на вертикалях, проведенных через точки А и
А').
В действительности, однако (см. 111.28,6), уступ
заменяется соединительной кривой на длине t, представляющей горизонтальную
проекцию наклонного сечения ab, проведенного в ригеле по направлению оси
подкоса;
Полная нагрузка включает упомянутую выше временную
нагрузку s, затем собственный вес рамы р и собственный вес консоли рКривая
давления имеет вид, изображенный на III.28 с уступом в точке с, равным (р
+ s>62 (где Q _ распор от полной нагрузки). Между точками А и с линия
давления уже не прямолинейна, а имеет слабую кривизну от действия
собственного веса р. Однако сделанные выводы сохраняют силу.
Рассмотрим теперь действие предварительного напряжения,
предположив, что усилие его одинаково на всем протяжении ригеля, включая
консоли, а также одинаково в каждом из подкосов.
Обозначим через F и F' эти усилия предварительного
напряжения. Предположим, что пучки арматуры —совмещенные и что направление их
прямолинейное ,на консолях и в подкосах и параболическое в пролете ригеля.
В точке А реакция опоры складывается с усилием F' и
необходимо, чтобы при любой величине и угле наклона реакции равнодействующая
проходила внутри граничных линий; этим определяется F'. Линия Ас представляет
равнодействующую линию давления в подкосе. В консоли линия давления под
влиянием моментов понижается и превращается в
параболу Dd, расстояние которой до пучка в точке d равно
В средней части портальной рамы равнодействующая линия
давления представляет параболу, полученную в результате сложения линии
давления от внешних нагрузок с линией давления от предварительного
напряжения, совпадающей с параболическим пучком. Эта равнодействующая
парабола проходит через точку пересечения пучка и линии давления от внешних
нагрузок. В то же время она должна, при
всех случаях нагрузки, оставаться внутри граничных линий,
т. е. в наиболее неблагоприятном случае должна проходить либо через верхнюю
граничную точку ядра в середине пролета, либо через нижнюю граничную точку в
сечении С. Таким образом определяется усилие F.
Равнодействующая линия давления, проходя через узел С,
имеет перелом dc. Равновесие узла достигается в результате равновесия усилий
в точках d и с. В точке d усилие F, касательное к параболе Ddy слагается с
усилием Fвызываемым верхним анкерным закреплением пучка подкоса. В точке с
усилие, направленное по Ас, слагается с усилием, касательным к центральной
параболе в точке с. Эти два усилия имеют следующую величину: Ас является
равнодействующей усилия F' и реакции опоры; усилие, касательное к параболе в
точке с, равно F + Q.
Равнодействующая усилий в точке d и равнодействующая
усилий в точке с имеют общее направление cd и уравновешиваются на этой
прямой.
В общем условия аналогичны приведенным на III.9, с той
разницей, что ввиду наличия консоли точка / пересечения арматурных пучков
понизилась до d.
Если элементы конструкции имеют двутавровое сечение, то в
принципе следует указанное уравновешивающее усилие пропускать по ребру. Но
положение точки d меняется в зависимости от нагрузок, приложенных к консоли.
Равновесие при любом случае загрузки может быть обеспечено путем устройства
двух ребер, как показано на III.30, включая ребро, соединяющее нижние пояса
сечений консоли и средней части ригеля; тогда узел работает как треугольная
система, воспринимая усилия, передаваемые верхним и нижним поясами ригеля, а
также наружным и внутренним поясами подкоса, причем в эти усилия включаются и
действия предварительных напряжений F и Ff.
Если возможно, то следует придавать портальным рамам такие
пропорции, чтобы материал арматурных пучков ригеля максимально использовался
в среднем сечении и в сечении узла, т. е. чтобы усилие предварительного
напряжения Fy необходимое для приведения равно
действующей линии давления внутрь граничных линий, было
одинаково для обоих этих сечений.
Допустим, что стрела линии давления равна 1,25 (g+z0), где
Zo — стрела средней линии между С и С', что пучок проходит у поверхностей ригеля
(нижней — в середине пролета и верх- ней — у точки С), что граничные
точки (верхняя или нижняя) расположены в четвертях высоты.
Мы в данном случае предполагали наличие полной нагрузки.
Хотя максимальный положительный момент в середине пролета получается, когда
временная нагрузка приложена только на центральной части ригеля, максимальный
отрицательный мо-мент в сечении С цолу-
чается при загрузке всего ригеля, за исключением двух
коротких участков по обе стороны от С. Из этого вытекает, что следовало бы
немного
увеличить отношение—-; значение 0,15 является
приблизительно оптимальным.
Он приблизительно в полтора раза больше, чем в арке такого
же пролета. Однако сжимающее усилие составляет только 0,8 от усилия в арке
такого же пролета. Если речь идет о мостах и если принять во внимание, что
отсутствие стоек, соединяющих арку с проезжей частью, упрощает конструкцию,
то можно прийти к заключению, что применение для пролетов средней величины
портальной рамы с наклонными опорными стойками требует расхода материалов
того же порядка, как решение в виде арки.
|