5. Условность расчетных схем и ее взаимосвязь с реальной конструкцией.

Расчетную схему сооружения назначают исходя из конструктивной схемы, стараясь обеспечить возможно более полное совпадение расчетных усилий с усилиями, которые будут возникать в натурной конструкции.

Так как дифференцированно удовлетворять в расчетной схеме всем условиям работы конструкции бывает трудно, то часть второстепенных факторов обычно не учитывают, то есть подменяют действительную работу конструкций упрощенной «идеализированной» расчетной схемой - напри­мер, при расчетах железобетонных рам с жесткими узлами на вертикальную нагрузку ригель рассчитывают как изгибаемый элемент, а действием про­дольной силы и горизонтальным смещением узлов пренебрегают.

Второй пример. При расчетах стальных ферм принимают, что со­единение элементов решетки с поясами в плоскости фермы шарнирное, тогда как в местах крепления стержней к фасонкам образуются жесткие узлы и, следовательно, возникают изгибающие моменты, вызывающие до­полнительные напряжения в фасонках, а также изгиб стержней вблизи уз­лов. Расчет с учетом этих дополнительных усилий сложен и трудоемок. Поэтому жесткостью узлов пренебрегают. Принятое допущение снижает несущую способность ферм, поэтому недостаток расчетной схемы воспол­няют конструктивными приемами.

При опирании однопролетной балки на кирпичную стену эпюру напряжений в опорной части принимают прямоугольной или треугольной, хотя в действительности она имеет более сложное очертание. В результате этих допущений изменяется расчетная длина пролета.

Различные допущения неизбежны при любых расчетных схемах. Важно правильно оценить их влияние на расчетные усилия: идут ли они в ущерб надежности конструкции или нет, в какой степени и т.д.

6. Условность расчетных характеристик строительных материалов.

Все расчеты строительных конструкций производятся по норма­тивным и расчетным характеристикам, регламентированным СНиП. При определении расчетных нагрузок нормативные нагрузки умножают на ко­эффициенты надежности, установленные СНиП в пределах статистически возможных отклонений с учетом климатических условий, назначения и очертания объекта.

Нормативные величины сопротивления материалов корректируют коэффициентами надежности по материалам с учетом коэффициентов ус­ловий работы. Считается, что конструкция находится в предельном состоя­нии при достижении этих условных характеристик (напряжений, деформа­ций и т.д.), тогда как оценку состояний конструкции в натуре производят по действительным нагрузкам, прочности и деформациям. Отсюда возникает несоответствие расчетной схемы действительной работе конструкции, ко­торое приводят к недоучету перегрузки конструкции или, наоборот, к «фиктивному» перегружению ее.

В классических курсах сопротивления материалов, строительной механики, теории упругости и строительных конструкций исходят из того, что все материалы действительно являются «абсолютно» плотными, сплошными, однородными и изотропными телами, тогда как в действи­тельности конструкции выполняются из реальных материалов, свойства которых отличаются от идеализируемых.

В реальных материалах всегда имеются поверхностные и внутрен­ние трещины, поры, неоднородности и другие дефекты. В результате нали­чия дефектов прочность материалов может оказаться меньше проектной. Особенно опасны поверхностные дефекты с острыми углами, на краях ко­торых при действии на тело внешних сил возникает концентрация напря­жений - образуется вторичное поле напряжений.

Разрушение начинается, когда напряжения в пиках концентрации напряжений приближаются к физической (теоретической или идеальной) прочности материала:

Rтеор =[ε_отн]∙E, где Е - модуль Юнга; [ε_отн] - предельная относительная деформация.

Наличие дефектов в реальных условиях работы конструкций при­водит к снижению прочности до уровня технической, которой пользуются в практике. Она в сотни и даже иногда тысячи раз меньше физической проч­ности. Например, прочность бетона на растяжение не превышает R_р < 0.00015Еδ, т.е. меньше R_теор, по крайней мере, в 600 раз. Неправиль­ный уход за материалом, например, за бетоном, может привести к увеличе­нию трещиноватости и еще большему снижению прочности.

Значительное влияние на прочность материала оказывает также его анизотропность. Например, в древесине прочность вдоль и поперек волокон разная, и это учитывается в расчетах, а разница прочности бетона вдоль и поперек направления уплотнения при вибрировании, или в металле вдоль и поперек проката в расчетах не учитывают. Условность расчетных характе­ристик также вызывается неоднородностью работы составных сечений. В таких элементах всегда имеются несовершенства, возникающие в результате неточности изготовления деталей, дефектов в местах сопряжений, разно­родности применяемых материалов, недостаточных связей между элемен­тами и т.д., которые приводят к внутренним сдвигам, искажающим схема­тическую картину распределения усилий, принятую по проекту. В этих случаях теоретические расчеты оказываются малоэффективными и для оценки отклонений от расчетных характеристик производят испытания в натурных условиях.