Опора в конструкции – это элемент, который помогает другим элементам сопротивляться нагрузкам. Рассматриваются различные типы опор, их реакции и применение в конструкциях, а также их детали.
Опоры в конструкции передают нагрузку на грунт и обеспечивают устойчивость конструкции, опирающейся на них.
- Внутренние шарнирные опоры в конструкции
Типы опор и реакций в конструкциях и их применение
Типы опор могут быть в основном классифицированы на два типа
- Внешние опоры
- Внутренние опоры
Внешние опоры и реакции и их применение в конструкции
Внешние опоры – это опоры, которые обычно устанавливаются снаружи, не нарушая конструктивных элементов. Различают следующие типы внешних опор:
Неподвижные опоры, реакции и применение в конструкции
Неподвижные опоры также называют жесткими опорами. Неподвижные опоры ограничены как от вращения, так и от перевода, поэтому они могут противостоять любому типу силы или момента.
В структурном анализе есть три неизвестных, которые необходимо найти для неподвижной опоры, удовлетворяющей всем трем уравнениям равновесия.
Чтобы обеспечить хорошую устойчивость конструкции, необходимо предусмотреть хотя бы одну жесткую опору. Балка, закрепленная в стене, является хорошим примером неподвижной опоры.
Неподвижная опора – балка, закрепленная в стене
Шарнирная опора и реакции в конструкции
Шарнирные опоры могут противостоять вертикальным и горизонтальным силам, но они не могут противостоять моментам. Это означает, что шарнирная опора ограничена от перемещения.
Используя уравнения равновесия, можно определить составляющие горизонтальных и вертикальных сил.
Лучшим примером шарнирной опоры является дверное полотно, которое вращается только вокруг своей вертикальной оси без какого-либо горизонтального или вертикального движения.
Вращение штыревой или шарнирной опоры допускается только в одном направлении, а в другом направлении ему оказывается сопротивление.
Шарнирные опоры также используются в трехшарнирных арочных мостах с двумя опорами на концах и третьим шарниром в центре арки, который называется внутренним шарниром.
На рисунке ниже показана шарнирная опора моста Сидней Харбор Бридж.
Шарнирная опора моста Сидней-Харбор
Роликовые опоры, реакции и применение в конструкции
Роликовые опоры противостоят только перпендикулярным силам и не могут противостоять параллельным или горизонтальным силам и моментам. Это означает, что роликовая опора будет свободно перемещаться по поверхности без сопротивления горизонтальной силе.
Этот тип опор устанавливается на одном конце пролетов моста. Причина обеспечения роликовой опоры на одном конце заключается в том, чтобы позволить сжатие или расширение мостового полотна в зависимости от разницы температур в атмосфере.
Если роликовые опоры не предусмотрены, то это приведет к серьезным повреждениям берегов моста. Но эта горизонтальная сила должна противостоять хотя бы одной опоре для обеспечения устойчивости, поэтому роликовые опоры должны быть предусмотрены только на одном конце, а не на обоих.
Роликовая опора на одном конце моста
Роликовая опора, реакции и применение в конструкции
Роликовая опора аналогична роликовой опоре. Она также сопротивляется вертикальной силе и допускает горизонтальное перемещение и вращение. Но в данном случае горизонтальное перемещение происходит благодаря изогнутой поверхности, расположенной внизу, как показано на рисунке ниже. Поэтому количество горизонтальных перемещений в данном случае ограничено.
Опора качающегося типа в конструкции
Поддержка звеньев и реакции в конструкции
Опора звена позволяет вращать и переводить только перпендикулярно направлению звена. Она не допускает перевода в направлении звена. Она имеет одну линейную составляющую результирующей силы в направлении звена, которая может быть разложена на вертикальную и горизонтальную составляющие.
Простые опоры в конструкции и их реакции
Простая опора – это просто опора, на которую опирается элемент конструкции. Они не могут противостоять боковым перемещениям и моментам, как роликовые опоры. Они противостоят только вертикальному перемещению опоры с помощью силы тяжести.
Горизонтальное или боковое движение допускается до ограниченного предела, после чего конструкция теряет свою опору. Это подобно тому, как кирпич опирается в продольном направлении на два кирпича.
Этот тип опоры не часто используется в конструктивных целях. Однако в зонах частой сейсмической активности можно увидеть конструкции с простыми опорами.
Простые опоры в структуре
Внутренние опоры, реакции и применение в конструкции
Внутренние опоры устанавливаются внутри элемента конструкции, что означает, что внутренняя опора делит весь элемент на части. Таким образом, внешние реакции могут быть найдены для каждой части, что значительно упрощает анализ.
Ниже перечислены типы внутренних опор, предусмотренных в конструкции:
Внутренняя шарнирная опора в конструкции
Подобно шарнирной опоре внутренний шарнир также сопротивляется переводу в обоих направлениях и допускает только вращение.
В конструкциях для осевых элементов предусмотрены внутренние шарниры, а для балочных элементов – средние шарниры. Их можно увидеть в мостах арочного типа в центре арки.
Поддержка внутренних шарниров в конструкции
Трехшарнирная арка с внутренней шарнирной опорой
Внутренняя роликовая опора в конструкции
Внутренние роликовые опоры такие же, как и роликовые опоры, но они устанавливаются в середине структурного элемента.
Внутренняя роликовая опора
Этот тип внутренних роликовых опор используется в башенных или портовых кранах, чтобы с помощью горизонтального перемещения опор можно было перемещать тяжелые материалы или элементы с одного места на другое.
Читайте далее:- Типы арочных конструкций по форме, материалу изготовления, качеству исполнения.
- Стальные гофрированные полотна в мостовых балках.
- Типы строительства арочных плотин.
- Как выполнять кирпичную кладку в круглых и плоских арках? [PDF].
- Типы мостов по пролетам, материалам, конструкциям, функциям, полезности и т.д..
- Мост Ченаб: Строительство самого высокого в мире железнодорожного моста.
- Что такое неопределимые арки в строительстве?.