Арки и купола

Физика > Арки и купола

Арки и купола – структуры, отличающиеся прочностью и способностью охватывать большие площади без использования промежуточных опор.

Задача обучения

• Разобраться в структурной прочности арки и умением купола охватывать крупные площади без применения промежуточных опор.

Основные пункты

• Арки занимают масштабные пространства через разрешение усилий на сжимающие напряжения и удаление растягивающих напряжений.
• Среди арок наиболее распространены фиксированная, двухшарнирная и трехшарнирная.
• Купол – арка, вращающаяся вокруг центральной вертикальной оси.
• Купола по своему принципу отображают повернутые по вертикальной оси арки с теми же свойствами.
• Купола бывают простыми и составными.

Термины

• Сжимающее напряжение – напряжения на материалах, приводящее к уменьшению объема.
• Парус – треугольные участки, обеспечивающие переход между куполом и квадратным основанием, на котором он установлен.
• Растягивающее напряжение – давление, приводящее к расширению. Длина материала способна растягиваться при стабильном объеме.
• Арки и купола – отличающиеся прочностью структуры, способные охватывать крупные масштабы без использования промежуточных опор.

Арка

Арка – структура, поддерживающая вес и массив над собою. Подобные конструкции появились еще 2 тысячи лет назад. Это чистая форма сжатия. Они охватывают крупные площади и тратят силы на сжимающие напряжения. Силы переходят к поверхности, а арка вытягивается в высоту (тяга). Если высота уменьшается, то направленность наружу становится сильнее. Чтобы она не сорвалась, тяга должна внешне фиксироваться (опора).

Каменная арка: 1. – Краеугольный камень. 2. – Клинчатый камень. 3. – Верхняя выпуклая поверхность скрепления. 4. – Пята свода. 5. – Свод. 6. – Подъем. 7. – Прозрачный пролет. 8. – Опора

Наиболее распространенные конфигурации арок – фиксированная, двухшарнирная и трехшарнирная. Фиксированную предпочитают использовать в железобетонных мостовых и туннельных конструкциях с короткими пролетами. Этот тип испытывает дополнительное внутреннее напряжение из-за теплового расширения и сжатия, поэтому считается статически неопределенным.

Двухшарнирная полезна в соединении длинных пролетов. Она закрепляет соединения у основания. Однако это основание способно вращаться, поэтому свободно перемещается и компенсирует сжатие от перемены в температуре.

Купол

Купол – архитектурный элемент, напоминающий пустую верхнюю половину сферы. Они создаются из различных материалов: дерево, кирпич, пластик, грязь, стекло, камень и т.д. Если технически, то это свод, вращающийся вокруг центральной вертикальной оси. По свойствам и возможностям напоминает арку и отличается структурной прочностью. Если основание и структура разные по форме, то используют специальные методы перехода.

Паруса – треугольные участки сферы, применяемые для перехода от плоских поверхностей к круглой основе. Купола бывают простые и составные. Простые используют паруса, выступающие частью той же сферы, что и сам купол. Составные – части большей сферы и создают круглую основу.

Составной купол (красный) с парусами (желтый), где сфера по радиусу больше купола

---