Предельные состояния. Нагрузки и воздействия.

Под предельными понимают такое состояние конструкции, после достижения которого дальнейшая эксплуатация становится невозможной,

вследствие потери способности сопротивляться внешним нагрузкам или в результате большого прогиба или внешних повреждений. В соответствии с этим установлены 2 группы предельных состояний:

I – расчет по несущей способности;

II – расчет по непригодности к нормальной эксплуатации.

Расчет по I группе предельных состояний выполняется с целью предотвращения разрушения конструкции (расчет по прочности), потери устойчивости формы конструкции (расчет на продольный изгиб).

– расчет по прочности.

- расчет по устойчивости.

- коэффициент продольного сечения или коэффициент устойчивости.

Этот расчет выполняется с целью предотвращения разрушения конструкции

(расчет по прочности) или потери устойчивости конструкции (расчет на продольный изгиб).

Расчет по II группе предельных состояний.

Этот расчет имеет цель не допустить развития чрезмерных деформаций ( прогибов ), исключить образования трещин или ограничить ширину их раскрытия.

Расчет по I группе предельных состояний является основным и используется при подборе сечений. Расчет по II группе производится для тех конструкций, которые, будучи прочными, теряют свои эксплуатационные качества вследствие чрезмерных прогибов, образования трещин или чрезмерного их раскрытия, приводящего к преждевременной коррозии арматуры.

Нагрузки.

Нагрузки, действующие на конструкцию, и прочностные характеристики материалов, из которых конструкция изготовлена, обладают изменчивостью и могут отличаться от средних значений. Поэтому, для обеспечения того, чтобы за время нормальной эксплуатации не наступило ни одного из предельных состояний, вводится система расчетных коэффициентов, учитывающих возможные отклонения в неблагоприятную сторону различных факторов, влияющих на надежную работу конструкций.

1. коэффициент надежности по нагрузке _f, учитывает изменчивость нагрузки;

2. коэффициенты надежности по бетону _b и арматуре _s, учитывают изменчивость их прочностных свойств.

3. коэффициент надежности по назначению конструкции _п, учитывает степень ответственности и капитальности зданий.

4. коэффициенты условий работы _{bi si}, позволяющие оценить некоторые особенности материалов и конструкций, которые не могут быть отражены в расчетах прямым путем.

Основная идея метода расчета по предельным состояниям заключается в обеспечении условия, чтобы даже в тех редких случаях, когда на конструкцию действуют максимально возможные нагрузки, прочность бетона и арматуры минимальная, а условия эксплуатации наиболее неблагоприятны, конструкция не разрушилась и не получила недопустимых прогибов и трещин.

Классификация нагрузок.

Нагрузки, действующие на здание, могут быть постоянными и временными.

Временные, в зависимости от продолжительности действия, подразделяются на :

1. Длительные;

2. Кратковременные;

3. Особые.

К постоянным нагрузкам относятся: собственная масса конструкций, давление грунта

К временным длительным нагрузкам относятся: масса стационарного оборудования (станков, аппаратов), нагрузка на перекрытия в складских помещениях, библиотеках, холодильниках.

К кратковременным нагрузкам относятся: нагрузка от массы людей, снеговые нагрузки, ветровые, крановые, нагрузки, возникающие при монтаже или ремонте конструкций.

Особые нагрузки возникают при сейсмических, взрывных или аварийных воздействиях.

В расчетах используют нормативные и расчетные значения нагрузок. Установленные нормами наибольшие значения нагрузок, которые могут действовать на конструкцию при ее нормальной эксплуатации, называют нормативными.

Фактическая нагрузка, в силу различных обстоятельств, может отличаться от нормативной в большую или меньшую сторону. Это отклонение учитывается коэффициентом надежности по нагрузке.

q=qⁿ _f – равномерно распределенная нагрузка

N=Nⁿ _f – сосредоточенная нагрузка.

Расчет по I группе производится на расчетные нагрузки

Для постоянных нагрузок _f=1,1 - 1,3; для временных _f=1,2 - 1,6.

Для снеговой нагрузки _f=1,4.

Расчет конструкции по II группе предельных состояний производят на расчетные нагрузки при _f=1.

Здание подвергается одновременному действию различных нагрузок, поэтому расчет их должен выполняться с учетом наиболее неблагоприятного сочетания расчетных нагрузок. В зависимости от состава учитываемых нагрузок различают основные сочетания, состоящие из постоянных, длительных и кратковременных нагрузок. Особые сочетания состоят из постоянных, длительных, возможных кратковременных и одной из особых нагрузок.

Значения расчетных нагрузок должны также умножаться на коэффициент надежности по назначению конструкции _п, учитывающий степень ответственности и капитальности зданий. Для сооружений 1-го класса (объектов особо важного народохозяйственного значения) _п=1; для сооружений 2-го класса (имеющих важное народохозяйственное значение) _п=0,95; для сооружений 3-го класса (имеющих ограниченное значение) _п=0,9; для временных сооружений со сроком службы до 5-ти лет _п=0,8

Нормативные и расчетные сопротивления бетона.

Прочностные характеристики бетона обладают изменчивостью. Даже образцы из одной партии бетона покажут при испытаниях разную прочность, что объясняется неоднородностью его структуры и неодинаковыми условиями испытаний. Из всех возможных значений прочности в расчет необходимо вводить такое, которое с необходимой надежностью обеспечило бы безопасную эксплуатацию конструкции.

Согласно СниП «Бетонные и ж/б конструкции» основной характеристикой бетона является его нормативное сопротивление, представляющее прочность бетонного куба с ребром 15см, которая определяет класс бетона по прочности на сжатие – «В».

Нормативное сопротивление бетонной призмы осевому сжатию R_bn (призменная прочность) определяется по нормативному значению кубиковой прочности с учетом зависимости, связывающей призменную и кубиковую прочность. Значения R_bn пнриведены в таблице.

Нормативное сопротивление бетона осевому растяжению R_btn

Расчетные сопротивления бетона для предельных состояний 1-ой группы Rb и R_bt определяются делением нормативного сопротивления на соответствующие коэффициенты надежности бетона при сжатии _bc или при растяжении _bt.

R_b=R_bn/ _bc R_bt=R_btn/ _bt

Для тяжелого бетона _bc=1.3; _bt=1.5

Расчетные сопротивления бетона для предельных состояний второй группы принимаются равными нормативным сопротивлениям. Это объясняется тем, что наступление предельных состояний 2-ой группы менее опасно, чем 1-ой, поскольку оно не приводит к обрушению сооружений и их элементов.

При расчете бетонных и ж/б конструкций расчетные сопротивлния бетона умножаются на коэффициенты условий работы _bi=0.85 – 1.1, учитывающие длительность действия нагрузки, условия изготовления, характер работы.

Нормативные и расчетные сопротивления арматуры.

Нормативные и расчетные сопротивления арматуры R_sn принимаются равными:для стержневой арматуры, высокопрочной проволоки и арматурных канатов – пределу текучести; для обыкновенной арматурной проволоки напряжения составляют 0.75 от временного сопротивления разрыву.

Расчетные сопротивления арматуры растяжению R_s определяются делением нормативного сопротивления на соответствующие коэффициенты надежности по арматуре _s.

При расчете по предельным состояниям 2-ой группы значение коэффициентов надежности для всех видов арматуры принято равным 1, то есть расчетные сопротивления численно равны нормативным.

Вопросы для самопроверки.

1. Для чего мы рассчитываем строительные конструкции?

2. По каким причинам конструкция может потерять свои эксплуатационные качества?

3. По какому методу рассчитываются строительные конструкции?

4. Что этот метод гарантирует строительной конструкции?

5. Охарактеризуйте 1-ю группу предельных состояний.

6. Охарактеризуйте 2-ю группу предельных состояний.

7. Что такое нормативная нагрузка?

8. Что такое нормативная нагрузка?

9. Что такое расчетная нагрузка?

10. Для чего вводится коэффициент надежности по нагрузке?

11. Какие бывают нагрузки?

12. Какие бывают сочетания нагрузок?

13. Какие вы знаете классы бетона?

14. Какие вы знаете классы арматуры?