Основы расчета металлических конструкций

Расчет конструкций – это обеспечение необходимой прочности при минимальном расходе материала и при минимальных затратах труда при изготовлении конструкции и монтаже.

Расчетом конструкции мы должны обеспечить её работоспособность за все время эксплуатации.

Предельное состояние конструкции – то состояние, при котором она перестает удовлетворять эксплуатационным требованиям.

В Советском Союзе Н.С. Стрелецким был разработан метод расчета конструкций по предельным состояниям.

Целью метода является не допустить наступления предельных состояний в течение всего заданного срока службы конструкции.

Иными словами – не допустить, чтобы величины усилий (напряжений), деформаций (перемещений) или размеры трещин от нагрузки и воздействий на конструкцию превосходили предельные значения, определяемые по СНиП.

По нашим нормам расчета учитываются следующие группы предельных состояний.

Предельные состояния первой группы:

– по потере несущей способности

– и (или) полной непригодности к нормальной эксплуатации.

Предельные состояния второй группы

– по затруднению нормальной эксплуатации сооружений.

Предельные состояния первой группы подразделяют на две подгруппы:

– первая подгруппа – недопущение потери несущей способности – (потери прочности, устойчивости, выносливости, разрушения любого характера, резонансные колебания, трещины в резервуарах).

– вторая подгруппа – недопущение непригодности к эксплуатации, вследствие развития недопустимых по величине остаточных деформаций или перемещений.

К предельным состояниям второй группы относят состояния, затрудняющие нормальную эксплуатацию вследствие появления недопустимых перемещений (прогибов, осадок, трещин в бетоне, коррозии).

Предельные состояния первой группы проверяют расчетом на максимальные (расчетные) нагрузки и воздействия, возможные при нарушении нормальной эксплуатации.

Предельные состояния второй группы проверяют расчетом на эксплуатационные (нормативные) нагрузки и воздействия, возможные при нормальной эксплуатации конструкций.

Надежность конструкции и гарантия от возникновения предельных состояний в ней обеспечивается учетом:

1. всевозможных нагрузок и возникающих перегрузок;

2. наиболее невыгодных сочетаний нагрузок;

3. степени ответственности зданий и сооружений;

4. наиболее неблагоприятных характеристик материала;

5. условий и особенностей действительной работы конструкций.

Рассмотрим, как учитываются в методе выше перечисленные факторы.

1. Учет всевозможных нагрузок и возникающих перегрузок Нормативные и расчетные нагрузки

По своей природе нагрузки изменчивы и зависят от крайне разнообразных условий. Величину нормативных и расчетных нагрузок определяют путем длительных натурных наблюдений за изменчивостью реальной нагрузки. По результатам натурных наблюдений строят полигоны или гистограммы распределения нагрузок (рис.1,а). По оси откладывают значения нагрузки, по оси количество случаев появления определенной величины нагрузки. В результате статистической обработки результатов строят вероятностную кривую плотности распределения (рис.1 кривая линия).

Согласно математической статистике, наиболее вероятные значения нагрузки попадают в область от до . Как показывает опыт, наибольшие и наименьшие значения нагрузок (вправо и влево от области ) встречаются крайне редко.

Наибольшие вероятно возможные нагрузки называют – расчетными .

В целях упрощения расчетов индекс «расч» опускают и расчетную нагрузку обозначают «F», «р» или «q».

Рис.1. Статистические графики распределения нагрузок:

а – гистограмма распределения; б – кривая распределения

Среднее значение нагрузок (рис.1,б) можно считать нормативным . В расчетах нормативную нагрузку обозначают как F_n или F_н.

Нормативные нагрузки приведены в СНиП-2.01.07-85^* «Нагрузки и воздействия» и справочниках.

Нормативные нагрузки наибольшие нагрузки, при которых возможна нормальная эксплуатация сооружения.

Значения нагрузок постоянно уточняют. Измененные значения нагрузок вносят в дополнения к СНиП или в новые редакции СНиП.