Рамы в строительной механике
Рама в строительной механике – это стержневая система, элементы которой жестко сопрягаются друг с другом. По аналогии с фермами рамы разделяют на плоские и пространственные.
Принципиально расчет плоской рамы не отличается от расчета элементарной балки. Особенность расчета жесткой рамы заключается в том, что в опорах появляются горизонтальные реакции даже при действии вертикальных нагрузок.
Для определения реакций в опорах следует руководствоваться принципом освобождения от связей. Он заключается в «отбрасывании» связей (например, опор) и приложении в данной точке усилия, заменяющего данную связь.
Количество степеней свободы плоской рамы можно определить по основной формуле кинематического анализа:
W = 3Д – 2Ш – С
Следует заметить, что при W = 0 данная система будет являться неизменяемой и статически определимой. Это значит, что для ее решения потребуется составление двух или трех уравнений равновесия.
Рисунок 1. Трехшарнирная система. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Чаще всего стержни статически определимой рамы соединены между собой жесткий образом (т.е. без применения шарнира). В процессе деформации такой системы угол между элементами будет неизменным. Вертикальные стержни рамы называют стойками, горизонтальные – ригелями. Конструкция рамы позволяет прикладывать к такой системе нагрузки в любом сечении (как в узлах, так и вне узлов). Элементы рамы могут испытывать те же деформации, что и балочные конструкции.
Трехшарнирные системы
Любая трехшарнирная система (арка или рама) состоит из двух дисков, соединенных между собой шарниром и двумя шарнирами с основанием. Если диски представляют собой криволинейные элементы, то такая система называется трехшарнирной аркой. Если диски – прямолинейные стержни или стержни с ломаным очертанием, то такая расчетная схема называется трехшарнирной рамой.
Отличительной особенностью трехшарнирной рамы является то, что в обеих ее опорах при любом внешнем воздействии будут возникать как вертикальные, так и горизонтальные реакции. При действии только лишь вертикальных нагрузок горизонтальные реакции в опорах будут равны между собой и направлены в противоположные стороны. В данном случае горизонтальная реакция называется распором. В этой связи трехшарнирные системы нередко называют распорными.
При действии нагрузок, направленных вертикально вниз, распор будет направлен внутрь трехшарнирной системы.
Интересно, что арочные системы на протяжении многих столетий являлись одной из основных композиционных форм в архитектуре. При помощи таких систем возводились акведуки, мосты и перекрытия сооружений.
Основными характеристиками трехшарнирных систем можно назвать:
- пролет арки (L);
- стрела подъема (l);
- замок (наиболее высокая точка).
Основной геометрической характеристикой арки является отношение стрелы подъема к пролету конструкции. На практике данная характеристика может принимать различные значения. В зависимости от этого отношения арки можно разделить на пологие (l / L = 1 / 5 – H / 20), нормальные (l / L =1 / 3 – 1 / 5) и подъемистые (l / L > 1 / 3)
