Лекція № 9 основні положення методу розрахунку за граничними станами

9.1 Суть методу.

9.2 Характеристичні та розрахункові значення навантажень. Сполучення навантажень.

9.3 Характеристичні та розрахункові значення опорів матеріалів.

9.4 Коефіцієнти надійності за відповідальністю.

9.5 Суть розрахунку за різними граничними станами.

Література: [1], С. 59 – 70.

9.1 Суть методу

Метод розрахунку за граничними станами запропонований О. Гвоздєвим у 1955 р. до нашого часу залишається нормативним. Основна його відмінність полягає в тому, що він установлює чіткі межі граничних станів конструкцій і запроваджує систему розрахункових коефіцієнтів, що запобігає виникненню в конструкції цих станів за найнесприятливіших сполучень навантажень і мінімальних характеристиках міцності матеріалів.

Граничним називають такий стан конструкції, за якого вона перестає задовольняти вимогам, які до неї ставляться, 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 непридатністю до подальшої експлуатації;

– друга група  за непридатністю до нормальної експлуатації.

До першої групи належать такі граничні стани:

– крихке, в’язке й іншого характеру руйнування (розрахунок міцності);

– втрата стійкості форми конструкції (розрахунок стійкості тонкостінних конструкцій) або положення (розрахунок на перекидання та сковзання підпірних стін, розрахунок на спливання);

– руйнування від утоми (розрахунок на витривалість конструкцій, які знаходяться під дією багаторазово повторюваних навантажень  підкранові балки, шпали, рамні фундаменти та перекриття під деяке обладнання та ін.);

– руйнування від сумісного впливу силових факторів і несприятливих впливів зовнішнього середовища (періодичний або постійний вплив агресивного середовища, вплив поперемінного заморожування й відтавання, пожежі).

До другої групи граничних станів належать:

– надмірні переміщення (прогини, кути перекосу та повороту, коливання);

– утворення тріщин, а також короткочасне або тривале їх розкриття (якщо за умовами експлуатації це допустиме).

За першою групою розраховують усі конструкції, а за другою – розрахунки виконують тільки у випадках, коли такі стани можуть виникнути.

Основними чинниками, котрі зумовлюють досягнення конструкцією того чи іншого граничного стану, є:

– навантаження, котрі діють на конструкцію;

– характеристики міцності матеріалів, із яких вона виготовлена;

– умови, за яких працюють конструкції.

Усі ці фактори мають певну мінливість і можуть відрізнятися від призначених нормами. В розрахунках за методом граничних станів це враховується введенням системи відповідних коефіцієнтів.

9.2 Характеристичні та розрахункові значення навантажень. Сполучення навантажень

Залежно від змінюваності у часі навантаження поділяють на постійні й змінні (тривалі, короткочасні та епізодичні) [5].

До постійного навантаження відносять вагу несучих та огороджувальних конструкцій будівель і споруд, вагу та тиск ґрунтів, попереднє напруження конструкцій.

До тривалого змінного навантаження належать: вага тимчасових перегородок, підливок та підбетонок під обладнання; стаціонарного обладнання; тиск газів, рідин, сипучих; вага специфічного навантаження в складах, холодильниках, архівах, бібліотеках; квазіпостійні розрахункові значення навантаження від людей, худоби, обладнання на перекриття будівель, вертикального навантаження від мостових і підвісних кранів, снігового навантаження; температурні кліматичні впливи.

До змінного короткочасного навантаження належать: вага людей, деталей і матеріалів у зонах обслуговування й ремонту обладнання; навантаження, що виникають при виготовленні, транспортуванні та монтажі; снігові й вітрові, кранові та ожеледні навантаження з граничними розрахунковими або експлуатаційними значеннями.

До епізодичних відносять сейсмічні, вибухові впливи, навантаження, викликані різкими порушеннями технологічного процесу, деформаціями основи.

Базою для призначення навантажень є їх характеристичні значення. Розрахункові величини навантажень визначають множенням характеристичних значень на коефіцієнт надійності за навантаженням _f. Залежно від характеру навантаження та мети розрахунку використовують чотири види розрахункових навантажень: граничне; експлуатаційне; циклічне; квазіпостійне. Для перевірки граничних станів першої групи використовують граничні розрахункові значення навантажень, другої групи − залежно від умов експлуатації конструкції.

Характеристичні значення ваги конструкцій заводського виготовлення слід визначати за стандартами, робочими кресленнями чи паспортними даними заводів виробників, а інших будівельних конструкцій і ґрунтів − за проектними розмірами й питомою вагою матеріалів. Характеристичні значення ваги устаткування визначають на підставі стандартів або каталогів, паспортних даних або робочих креслень; характеристичне значення снігового навантаження дорівнює вазі снігового покриву на 1 м² поверхні ґрунту та може бути перевищене у середньому один раз за 50 років (визначають залежно від снігового району); для вітрового тиску – дорівнює середній (статичній) складовій тиску вітру на висоті 10 м над поверхнею землі, котрий може бути перевищений у середньому один раз за 50 років (визначають відповідно до вітрового району).

Залежно від складу навантаження, що враховують, розрізняють:

– основні сполучення, котрі включають постійні, циклічні або квазіпостійні значення змінних навантажень;

– аварійні сполучення, що складаються з постійного, змінного та одного епізодичного впливів.

Мала ймовірність одночасної реалізації розрахункових значень декількох навантажень ураховують множенням їх розрахункових значень на коефіцієнт сполучень ψ ≤ 1.

Для основних сполучень, які включають постійні та не менше ніж два змінних навантаження, останні приймаються з коефіцієнтом сполучення ₂ = 0,9 як для тривалих так і для короткочасних навантажень.

Для аварійних сполучень, які включають постійні й не менше ніж два змінних навантаження, останні приймають з коефіцієнтом сполучень ₁ = 0,95 для тривалих і ₂ = 0,9 – для короткочасних навантажень. Аварійне навантаження приймають з коефіцієнтом сполучень ₁ =1.

При врахуванні роботи одного крана навантаження від нього приймають без зниження, для двох кранів застосовують коефіцієнт сполучень  = 0,85 (для режимів роботи 1 − 6 К) та  = 0,95 (7 − 8 К), при врахуванні чотирьох кранів 0,7 і 0,8 відповідно.