10. В каких случаях расчет стальных конструкций можно производить лишь по 1-й форме колебаний

Если значение приода 1-й формы колебаний Т₁<0,4с, то для зданий с равномерным распределением жесткостей и масс по высоте при расчетах на основе консольной схемы следует учитывать только первую основную форму колебаний.

11. Влияние продолжительности циклического загружения на прочность стальных элементов.

Если стальной образец испытать на рас­тяжение, то по результатам эксперимента можно уста­новить его основные прочностные и деформативные харак­теристики (предел текучести, предел прочности, модуль упругости и т. д.). Однако эти величины носят в достаточ­ной степени условный характер, в чем нетрудно убедиться, испытав тот же образец с иной скоростью нагружения. При уменьшении скорости нагружения значения прочностных характеристик также уменьшают­ся, при увеличении скорости — возрастают.

Исследования стали показали, что ударная прочность на 20—40% выше статической, а предел текучести при ударе возрастает по сравнению со статическими испыта­ниями на 30—60% . Следует отметить, что мягкие стали, обладающие большими пластическими свойствами, обнаруживают значительно большее увеличение прочност­ных характеристик, чем хрупкие.

Очевидно, что прочностные характеристики строительных материа­лов увеличиваются с ростом скорости приложения на­грузки.

Рассмотрим, каким образом прочностные характери­стики строительных материалов зависят от повторности приложения нагрузки. Опытами установлено, что если материал подвергать действию нагрузки, величина кото­рой насколько меньше статической разрушающей, то после некоторого числа повторений нагрузка вызывает разрушение этого материала. Если затем уменьшить величину на­грузки, то для разрушения такого же образца уже потре­буется большее количество циклов. При уменьшении на­грузки до определенного предела окажется возможным загружать образец бесконечное количество раз без раз­рушения. Эта характеристика материала носит название предела усталости или выносливости*.

Практически пределом выносливости принято считать максимальное напряжение, которое материал выдержи­вает в количестве 5 • 10^е или 10' циклов.

Рассматривая прочностные характеристики строительных материалов в области ограниченной уста­лости, что, как указывалось, имеет непосредственное от­ношение к несущей способности при сейсмических нагружениях.

Было установлено, что в этой области на прочность и деформативность строительных материалов оказывают влия­ние как скорость приложения нагрузки, что ведет к увели­чению прочностных характеристик материалов, так и повторность динамического воздействия, что снижает несущую способность. Существенное влияние на снижение прочностных показателей конструктивных элементов оказывают также «перегрузочные» циклы, имеющие место при землетрясениях.

Таким образом, прочность стали при сравнительно небольшом числе повторных нагружений (до 80—100 циклов) в ряде случаев превышает статический предел прочности, а при однократном нагружении это превышение становится весьма значительным, т. е. скорость нагружения существенно влияет на прочностные характеристики материалов.

Для стали, зависимость между прочностью и логариф­мом числа нагружений хорошо подчиняется линейной за­висимости.