Компоненты предельных состояний

По времени действия нагрузки разделяются на постоянные и временные. Последние могут быть длительного и кратковременного воздействия.

Кроме того, есть нагрузки, которые выделяются в разряд особых нагрузок и воздействий.

При расчёте конструкций нагрузки и воздействия принимаются по СНиП II – 6 – 74 «Нагрузки и воздействия».

1. Постоянные: вес постоянных частей здания, вес и давление грунтов, воздействие предварительного напряжения;

2. Временные:

· длительные: вес стационарного оборудования, вес жидкостей и сыпучих материалов в ёмкостях, давление газов и жидкостей в резервуарах, трубопроводах, нагрузка на перекрытия подсобных помещений;

· кратковременные: атмосферные воздействия, нагрузки от подъёмно-транспортного оборудования, нагрузки на перекрытия от массы людей, мебели и лёгкого оборудования;                         

3. Особые: сейсмические и взрывные воздействия, нагрузки и воздействия, вызываемые неисправностью или поломкой оборудования и резкими нарушениями технологического процесса, воздействия просадок основания;

При действии на конструкцию нескольких видов нагрузок усилия в ней определяются как при самых неблагоприятных сочетаниях с использованием коэффициентов сочетаний .

В СНиПе 2.01.07-85 “ Нагрузки и воздействия” различают:

· основные сочетания, состоящие из постоянных и временных нагрузок;

· особые сочетания, состоящие из постоянных, временных и одной из особых нагрузок.

При методике предельных состояний все нагрузки классифицированы в зависимости от вероятности их воздействия на нормативные и расчетные.

1.Нормативные сопротивления бывают двух видов: по пределу текучести R_т^н =σ_т и по временному сопротивлению R_в^н=σ_в, и являются основными характеристиками сопротивления материалов силовым воздействиям. Механические свойства материалов изменчивы, поэтому нормативные сопротивления устанавливают на основе статической обработки показателей механических свойств материалов. Значение нормативных сопротивлений устанавливают такими, чтобы обеспеченность их составляла не менее 0,95.

2. Расчетные сопротивления определяют делением нормативного сопротивления на коэффициент надёжности по материалу γ_м : R_т=R_т^н / γ_м ;R_в=R_в^н/ γ_м .

Коэффициентом надёжности учитывается влияние различных факторов на снижение несущей способности конструкции.

Основными расчётными характеристиками стали являются расчётные сопротивления на растяжение, сжатие и изгиб, определяемые делением нормативных сопротивлений на коэффициент надёжности по материалу.

 – предел текучести; - предел прочности; - коэффициент надёжности по материалу (изменяется в пределах 1,025 – 1,15).

При срезе расчётные сопротивления Rs определяются путём умножения расчётного сопротивления Rу на коэффициент перехода.

При смятии торцевой поверхности в случае полной пригонки, согласно нормам, расчётное сопротивление в зоне контакта:

По степени ответственности (важности учета) I-я и II-я гр. ПС равноценны, т.е. условия (1) и (2), и, обычно (5), должны обеспечиваться (а, следовательно, и проверяться) одновременно.

Значения нормативных и расчётных сопротивлений основных строительных сталей приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Нормативные и расчётные сопротивления стали

При проверке Iгр.ПС нас интересуют максимальные усилия (напряжения), поэтому и возможные нагрузки учитываются в их максимальных, мы говорим, расчетных значениях – Н. При проверке IIгр. ПС нас интересует перемещение не в экстремальных (max – min), а в нормальных условиях, поэтому и нагрузки здесь принимаются нормальные, обычные, нормативные – Hn. Связь Н и Н_nосуществляется посредством коэффициента надежности по нагрузке - γ_f    в формуле:

                   Н = Н_nγ_f(6)

    При этом Н_n– задается заказчиком или СНиПом [2];

    γ_f – указана только в [2].

    Усилия и напряжения в (1) и (2), а также перемещения или относительные перемещения в (4) или (5) определяются на основе курса сопротивления материалов и строительной механики, т.е. зависят от нагрузки, размеров конструкции, геометрических характеристик сечений элементов конструкции и т.п.

    Несущие способности, правые части (1), зависят от прочностных характеристик материалов – П, геометрических характеристик сечений – Г, и условий работы конструкций – У.В общем виде имеем:

[N] = ПГУ                       (7)

    Прочностные характеристики стали зависят от вида напряженного состояния, характера напряжений и даны в [1, табл. 1.51 и др.], как соответствующие расчетные сопротивления:

Ry – изгиб, сжатие м растяжение;

R_s – срез;

R_p – смятие плотно подогнанных поверхностей и т.п.

Геометрические характеристики сечений – площадь – А; момент инерции – I и момент сопротивления (чаще минимальный, для наиболее напряженных волокон) – W для простых и составных сечений вычисляются самостоятельно, для прокатных сечений в сортаментах.

Условия работы конструкции и ее элементов учитываются коэффициентами (порознь и совместно):

    γ_с– коэффициент условий работы [1, табл. 6];

    φ – коэффициент продольного изгиба центрально – сжатых элементов [1, табл. 72];

    φ_с– то же внецентренносжатых элементов [1, табл. 74,75];

    с – коэффициент пластичности [1, табл. 66];

    φ_b – коэффициент, отражающий способность балки к потере общей устойчивости [1, приложение 7] и т.п.

Таблица 2 - Примеры записи условий предупреждения 1грПС по формам (1) и (2)

Некоторые примеры записи условий предупреждения 1грПС по формам (1) и (2) даны в таблице 2, а примеры записи условий предупреждения 2грПС для балок по форме (5) – в таблице 3.

Таблица 3 - Примеры записи условий предупреждения IIгр. ПС по форме (5)