41. Методи розрахунку залізобетонних конструкцій. Метод розрахунку за граничними станами.

Розрахунок конструкцій проводять для того, щоб забезпечити нормальні умови їх експлуатації під навантаженням при найбільш економічних розмірах. Крім того, певні зусилля в деяких конструкціях можуть виникнути ще до їх експлуатації. Тому розрахунок повинен забезпечити надійність роботи таких конструкцій на всіх етапах їх існування.

Є кілька різновидів залізобетонних конструкцій. Усі вони включаються в роботу, тобто починають зазнавати певних зусиль і напруження (великого чи малого) неоднаково.

Монолітні залізобетонні конструкції без попереднього напруження починають працювати відразу за експлуатаційною статичною схемою, тому їх треба розраховувати лише на експлуатаційні навантаження.

Збірні конструкції без попереднього напруження під час їх перевезення та монтажу повинні сприймати власну вагу з урахуванням динамічності її дії. До того ж, статична схема роботи таких конструкцій у цій стадії майже завжди відрізняється від статичної схеми в стадії експлуатації. Тому збірні залізобетонні конструкції треба розраховувати не тільки на експлуатаційні навантаження, а й навантаження в стадії перевезення і монтажу.

Збірні попередньо напружені залізобетонні конструкції, крім того, зазнають також обтискуючих зусиль, що виникають під час їх виготовлення внаслідок попускань (при натягненні на упори) або натягнень (при натягненні на бетон) попередньо напруженої арматури.

Тому такі конструкції необхідно розраховувати на зусилля, що діють у стадіях виготовлення, транспортування, монтажу й експлуатації.

Експлуатаційний напружений стан попередньо напружених конструкцій дещо відрізняється від напруженого стану звичайних залізобетонних конструкцій. Перші зазнають дії зовнішніх навантажень і сил обтиску (попереднє напруження), другі - тільки зовнішніх навантажень.

Отже, попередньо напружені залізобетонні конструкції від виготовлення до руйнування перебувають у більш загальному напруженому стані та всі інші види конструкцій являють собою окремі випадки попередньо на­пружених.

Розрахунок залізобетонних конструкцій, як і конструкцій із інших матеріалів, проводять у два етапи.

Перший етап - це статичний (або динамічний) розрахунок, який полягає в складанні розрахункових схем, що якнайкраще відповідають дійсній роботі конструкцій, і визначенні внутрішніх зусиль (згинальних моментів М, поперечних сил Q, поздовжніх сил N тощо) в характерних перерізах конструкцій. На відміну від металевих та дерев'яних залізобетонні статично невизначені конструкції розраховують не тільки за пружною стадією, тобто за загальними правилами будівельної механіки, але й за методом граничної рівноваги з урахуванням перерозподілу зусиль унаслідок пластичних деформацій. Другий метод у даний час використовують у більшості випадків.

Другий етан - це конструктивний розрахунок, який полягає у визначенні раціональної форми і розмірів перерізів, класу бетону та арматурної сталі, кількості арматури й порядку її розташування.

Існують три методи конструктивного розрахунку залізобетону:

а) за допустимими напруженнями;

б) за руйнівними навантаженнями (зусиллями);

в) за граничними станами.

Метод розрахунку за граничними станами є по суті подальшим розвитком методу розрахунку за руйнівними зусиллями. Застосовується він із 1955 р. Основна його відмінність від існуючих раніше методів полягає в тому, що він установлює чіткі межі граничних станів конструкцій і запроваджує систему розрахункових коефіцієнтів, що за­побігає в конструкції виникненню цих станів за найнесприятливіших сполучень навантажень і мінімальних значень характеристик міцності матеріалів.

Граничним називають такий стан конструкції, за якого вона перестає задовольняти вимоги, що ставлять до неї, тобто втрачає здатність чинити опір зовнішньому впливу або набуває недопустимих деформацій чи місцевих ушкоджень.

Відповідно до причин, які можуть призвести конструкцію до втрати необхідної експлуатаційної якості, розрізняють дві групи граничних станів:

перша група —за втратою несучої здатності або непридатністю до подальшої експлуатації;

друга група — за непридатністю до нормальної експлуатації.

До першої групи належать такі граничні стани: загальна втрата стійкості форми; втрата стійкості положення; крихке, в'язке, від утоми чи іншого характеру руйнування; руйнування під сумісною дією складових факторів і несприятливого впливу зовнішнього середовища; якісна зміна конфігурації; резонансні коливання; стани, за яких виникає необхідність припинення експлуатації внаслідок текучості матеріалу, зсуву в з'єднаннях, повзучості або надмірного розкриття тріщин.

До другої групи належать стани, які ускладнюють нормальну експлуатацію конструкцій або знижують їх довговічність унаслідок появи недопустимих переміщень, коливань, тріщин тощо.

Мета розрахунку за граничними станами — виключити можливість появи того чи іншого граничного стану для конструкцій у цілому і окремих її частин у період експлуатації, транспортування, монтажу та виготовлення. Для переважної більшості конструкцій ця мета зводиться до забезпечення несучої здатності (перша група), жорсткості й тріщиностійкості (друга група). Розрахунок несучої здатності має виконуватися для всіх несучих конструкцій, а деформацій і утворення або

розкриття тріщин для тих конструкцій, в яких надмірні деформації, утворення чи значне розкриття тріщин можуть призвести до втрати експлуатаційної якості в той час, коли міцність ще не вичерпана.

Основними факторами, які зумовлюють досягнення конструкцією того чи іншого граничного стану, є навантаження, що діють на дану конструкцію, характеристики міцності матеріалів, із яких вона виготовлена, умови, за яких працює конструкція й інші. Всі ці фактори мають певну мінливість і можуть відрізнятися від призначених нормами. В розрахунку за методом граничних станів це враховують уведенням ряду відповідних коефіцієнтів.