ВОСЬМИСТЕРЖНЕВАЯ СТРОИТЕЛЬНАЯ АРКА
EIGHT-ROD CONSTRUCTION ARCH

Изобретение относится к области строительства, а именно к стержневым конструкциям строительного назначения.
Известна шестистержневая строительная арка, состоящая из стержней, связанных в шарнирные узлы, в которой опорные стержни соединены между собой четырьмя дополнительными стержнями, образующими два внутренних замкнутых четырехстержневых контура, опирающихся на опорные стержни. Недостатком такой арки является наличие в конструкции двух ярусов, что ограничивает величину внешнего нагружения (заявка на изобретение №2018118909 с решением о выдаче патента от 04.02.2019, МПК Е04В 1/32).
Данное техническое решение является наиболее близким по технической сущности, и принято заявителем за прототип.
Техническая проблема, решаемая настоящим изобретением, заключается в значительном увеличении несущей способности строительной арки.
Решение технической проблемы заключается в том, что в известной арке, содержащей трехузловые опорные стержни, связанные в шарнирные узлы дополнительными стержнями, согласно изобретению, дополнительные стержни выполнены трехузловыми дугообразными и соединены с опорными стержнями, а между собой – линейно-дуговым стержнем, при этом, опорные и дополнительные стержни связаны между собой трехузловыми промежуточными стержнями и в совокупности с линейно-дуговым стержнем образуют трехъярусную систему, а промежуточные стержни, в свою очередь, соединены между собой шарнирно вертикальным стержнем, с образованием трех неизменяемых замкнутых контуров.
Технический результат, получаемый при использовании изобретения заключается в том, что дугообразные трехшарнирные опорные стержни соединены между собой шарнирно дуговым трехузловым промежуточным стержнем и образуют первый ярус. Дополнительные трехузловые стержни, выполненные дугообразно, соединены с опорными стержнями также шарнирам, а между собой соединены дуговым трехузловым промежуточным стержнем, создают второй ярус. Верхний третий ярус получается при введении в схему линейно-дугового стержня, который шарнирами присоединен к дополнительным стержням.
Увеличение несущей способности конструкции достигается наличием в схеме трех ярусов и внутреннего вертикального стержня, соединяющего между собой промежуточные стержни, и вносящего в схему дополнительную жесткость, не нарушая ее геометрическую неизменяемость и статическую определимость, что доказывается структурной формулой П.Л. Чебышёва (Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин. Учебник для ВТУЗов, 4-е изд. - М.: Наука, 1988; с. 46, формула 2.8)
5
где W - степень подвижности системы, n - число стержней конструкции, p - количество шарниров.
5
В предлагаемой схеме имеется восемь стержней n = 8 (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 и 8) и двенадцать шарниров р = 12 {А, В, С, D, Е, F, G, Н, I, J, K, L), тогда по зависимости (1) получаем подвижность: W = 3⋅8-2⋅12 = 0. Нулевая подвижность свидетельствует о геометрической неизменяемости и статической определимости конструкции.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежом, где изображена восьмистержневая арка.
Предлагаемая восьмистержневая трехъярусная строительная арка, состоит из восьми стержней, входящих в шарнирные узлы, при этом оба опорных стержня 1 и 2 выполняются трехузловыми, соединенными между собой промежуточным стержнем 3 в шарнирах Н и G. Дополнительные дугообразные трехузловые стержни 4 и 5 в шарнирах В и Е соединены с опорными стержнями 1 и 2, а между собой дополнительные стержни 4 и 5 соединены трехузловым промежуточным стержнем 6 шарнирами L и K. В свою очередь дополнительные стержни 4 и 5 имеют шарнирную связь с линейно-дуговым стержнем 7 в точках С и D. Вертикальное линейное звено 8, играющее роль дополнительной жесткости в конструкции, является центральным, соединяющим звенья 3 и 6 в шарнирах I и J.
Система, состоящая из стержней 4, 7, 5 и 6, представляющая собой четырехстержневой замкнутый контур LCDKJ, соединенная с опорными стержнями 1 и 2, в шарнирах В и Е с одной стороны, и с промежуточным стержнем 3 со стержнем 6 шарнирами I и J посредством прямолинейного вертикального стержня 8 с другой, образуют еще два замкнутых контура HBLJI и GEKJI, а в совокупности система имеет три неизменяемых замкнутых контура.
Наличие в конструкции арки трех внутренних неизменяемых замкнутых контуров, образующих между собой жесткие стержневые системы, опирающиеся на внутренние по отношению ко всей арке стержни, в значительной степени позволяет увеличить несущую способность конструкции.