1. Метод расчета конструкций по предельным состояниям Сущность метода

Основное его отличие от методов допускаемых напряжений и разрушающих усилий состоит в том, что вместо одного коэффициента запаса прочности, учитывающего большое разнообразие факторов, влияющих на прочность и жесткость конструкций, введена гибкая система коэффициентов. Конструкции, рассчитанные по методу предельных состояний, получаются несколько экономичнее.

Две группы предельных состояний

Предельными называются такие состояния, при которых конструкции перестают удовлетворять предъявляемым к ним эксплуатационным требованиям. Различают две группы предельных состояний:

1. по несущей способности конструкций (первая группа);

1. по пригодности конструкций к их нормальной эксплуатации (вторая группа).

К первой группе предельных состояний относятся расчеты по прочности и устойчивости конструкций. Ко второй группе предельных состояний относятся деформационные расчеты, а также расчеты по образованию и раскрытию трещин в железобетонных конструкциях.

Классификация нагрузок

В зависимости от продолжительности действия нагрузок их делят на постоянные и временные. Постоянными нагрузками являются собственный вес конструкций, грунтов, а также воздействие предварительного напряжения в железобетонных конструкциях. Временными нагрузками являются эксплуатационные нагрузки. Они делятся на длительные, кратковременные и особые.

К длительным нагрузкам относятся: вес оборудования, некоторые крановые и снеговые нагрузки, воздействие неравномерных осадок основания, воздействие усадки и ползучести и др. (СНиП 2.01.07–85 «Нагрузки и воздействия»).

Кратковременные нагрузки включают в себя: вес людей, материалов в зонах обслуживания и ремонта оборудования, часть нагрузки на перекрытие жилых и общественных зданий, снеговые и ветровые нагрузки, температурные воздействия. К особым нагрузкам относятся: сейсмические и взрывные воздействия, просадки грунтов и др.

Нормативные нагрузки устанавливаются по заранее заданной вероятности превышения средних значений (СНиП 2.01.07–85).

Расчетные нагрузки при расчете по первой группе предельных состояний определяют умножением нормативной нагрузки на коэффициент надежности по нагрузке , который обычно больше единицы. Например:

.

Сочетание нагрузок

На конструкцию, как правило, действуют несколько нагрузок, поэтому при расчете нужно учитывать наиболее вероятные их сочетания. Сочетания нагрузок делятся на два вида: основные и особые. Основные сочетания состоят из постоянных и временных нагрузок, а особые – из постоянных, временных и одной особой.

В основном сочетании: все постоянные и 1 вр. нагр. – то ее вводят в расчет без снижения. При >=2 вр. нагр. длит. нагр. умножают на , а кратковременных – на . В особом сочетании нагрузок все временные длительные нагрузки умножаются на коэффициент сочетаний , а кратковременные на .

Таким образом, коэффициенты сочетаний учитывают вероятность одновременного действия максимальных значений длительных и кратковременных нагрузок.

2. Расчет оснований по второй группе предельных состояний. Виды деформаций.

Деформации основания подразделяются на:

осадки - деформации, происходящие в результате уплотнения грунта под воздействием внешних нагрузок и в отдельных случаях собственного веса грунта, не сопровождающиеся коренным изменением его структуры;

просадки - деформации, происходящие в результате уплотнения грунта под воздействием как внешних нагрузок и собственного веса грунта, так и дополнительных факторов, таких, как, например, замачивание просадочного грунта, оттаивание ледовых прослоек в замерзшем грунте и т.п.;

подъемы и осадки - деформации, связанные с изменением объема некоторых грунтов при изменении их влажности или воздействии химических веществ (набухание и усадка) и при замерзании воды и оттаивании льда в порах грунта (морозное пучение и оттаивание грунта);

оседания - деформации земной поверхности, вызываемые разработкой полезных ископаемых, изменением гидрогеологических условий, понижением уровня подземных вод, карстово-суффозионными процессами и т.п.;

горизонтальные перемещения - деформации, связанные с действием горизонтальных нагрузок на основание (фундаменты распорных систем, подпорные стены и т.д.) или со значительными вертикальными перемещениями поверхности при оседаниях, просадках грунтов от собственного веса и т.п.

провалы - деформации земной поверхности с нарушением сплошности грунтов, образующиеся вследствие обрушения толщи грунтов над карстовыми полостями или горными выработками.

Расчет оснований по деформациям производится исходя из условия

S<= S_u, (5)

где s — совместная деформация основания и сооружения, определяемая расчетом в соответствии с указаниями обяза­тельного приложения 2; s_u — предельное значение совместной де­формации основания и сооружения.

Расчетная схема основания, использу­емая для определения совместной деформации основания и сооружения.

Расчет деформаций основания следует, как правило, выполнять, применяя расчетную схе­му основания в виде:

линейно деформируемого полупространства с условным ограничением глубины сжимаемой толщи Н_с линейно деформируемого слоя, если:

а)в пределах сжимаемой толщи основания Н_с, определенной как для линейно деформиру­емого полупространства, залегает слой грунта с модулем деформации Е_х > 100 МПа (1000 кгс/ см²) и толщиной А,, удовлетворяющей условию

где Е₂ — модуль деформации грунта, подсти­лающего слой грунта с модулем де­формации Е_{;

б)ширина (диаметр) фундамента b > 10 м и модуль деформации грунтов основания Е> 10 МПа (100 кгс/см²).

Толщина линейно деформируемого слоя Н в случае «а» принимается до кровли малосжи- маемого грунта, в случае «б» вычисляется в со­ответствии с указаниями п. 8 обязательного при­ложения 2.

При расчете деформаций основания с использованием расчетных схем, указанных в п. 2.40, среднее давление под подошвой фунда­мента р не должно превышать расчетного со­противления грунта основания R, кПа (тс/м²), определяемого по формуле

где у_с1 и у_с2 — коэффициенты условий работы, принимаемые по табл. 3; к — коэффициент, принимаемый равным: к — 1, если прочност­ные характеристики грунта (<р и с) определены непосредствен­ными испытаниями, и к — 1,1, если они приняты по табл. 1—3 рекомендуемого приложения 1; М_у, М_д, М_с — коэффициенты, принимаемые по табл. 4; k_z — коэффициент, принимаемый равным:

при b < 10 м — k_z = 1, при b > 10 м — k_z — Zq/Ь + 0,2 (здесь Zq = 8 м); b — ширина подошвы фундамента, м;

у_п — осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залега­ющих ниже подошвы фундамен­та (при наличии подземных вод определяется с учетом взвеши­

вающего действия воды), кН/м³ (тс/м³);

у"_и — то же, залегающих выше подо­швы;

^сц — расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа (тс/м²); d_{ — глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки или приве­денная глубина заложения на­ружных и внутренних фундамен­тов от пола подвала, определя­емая по формуле

где h_s — толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м;

h_cj — толщина конструкции пола подвала, м;

У_сf расчетное значение удельного веса конструкции пола подвала, кН/м³ (тс/м³);

d_b — глубина подвала — расстояние от уровня планировки до пола подва­ла, м (для сооружений с подвалом шириной В < 20 м и глубиной свыше 2 м принимается d_b = 2 м, при ши­рине подвала В > 20 м — d_b = 0).