4. Расчет элементов деревянных конструкций по предельным состояниям

Группы предельных состояний. различают две группы предельных состояний:

–по потере несущей способности или непригодности к эксплуатации;

–по непригодности к нормальной эксплуатации.

Здесь под нормальной - понимают эксплуатацию, осуществляемую без ограничений в соответствии с предусмотренными в нормах или заданиях на проектирование технологическими или бытовыми условиями.

К предельным состояниям первой группы отнесены:

–общая потеря устойчивости формы;

–потеря устойчивости положения;

–хрупкое, вязкое или иного характера разрушение;

–разрушение под совместным воздействием силовых факторов и неблагоприятных влияний внешней среды;

–качественное изменение конфигурации;

–резонансные колебания;

–состояния, при которых возникает необходимость прекращения эксплуатации в результате сдвигов в соединениях, ползучести материалов и т.п.

К предельным состояниям второй группы отнесены состояния, затрудняющие нормальную эксплуатацию конструкций или снижающие их долговечность, в связи с появлением:

– недопустимых перемещений (прогибов, осадок, углов поворота);

– колебаний и т.п.

Цель расчета по методу предельных состояний заключена в том, чтобы не допустить наступления предельных состояний при эксплуатации в течение всего срока службы конструкции, здания или сооружения, а также при их возведении.

Расчет по предельным состояниям

Полная система частных коэффициентов, как показано ниже, состоит из пяти групп.

Коэффициент надежности по нагрузке. Учитывает возможные неблагоприятные отклонения значения воздействия от его нормативного значения. На этот коэффициент умножают нормативное значение воздействия для получения его расчетного значения. Например,

P = PН ⋅ к,

где P – расчетное значение воздействия; PН – нормативное значение воздействия; к - коэффициент надежности по нагрузке.

Нормативными называются величины нагрузок, устанавливаемые нормами (например, СНиП 2.01.07-85) из заранее заданной вероятности превышения нагрузками их средних значений.

Коэффициент надежности по материалу. Учитывает возможные неблагоприятные отклонения значений какой-либо характеристики материала (например, прочности) от ее нормативного значения. На этот коэффициент делят нормативное значение характеристики материала для получения ее расчетного значения.

Коэффициент точности. Учитывает возможные неблагоприятные отклонения геометрических характеристик от их нормативных значений.

На этот коэффициент умножают нормативное значение геометрической характеристики элемента для получения ее расчетного значения.

Коэффициент условий работы. Отражает факторы, которые не учитываются прямым путем. С его помощью учитываются - ползучесть, пластические свойства материала, влияние податливости опор, коэффициенты динамичности и т.п.

На этот коэффициент умножают или делят усилия в элементах конструкций или значения несущей способности, как всей конструкции, так и отдельных ее элементов.

Коэффициент ответственности. Учитывает ответственность сооружения и влияние этой ответственности на требуемый уровень его надежности.

Этот коэффициент вводится в главное неравенство, которое является основным требованием метода предельных состояний.

Расчетные схемы. Расчетные схемы являются физическими моделями сооружения, позволяющими с той или иной степенью точности (строгости) определить параметры напряженно-деформированного состояния, возникающего в элементах конструкции (например, изгибающие моменты, продольные и поперечные силы и т.п.).

Нормативные сопротивления. Их величины являются основными параметрами сопротивления материалов силовым воздействиям. Эти параметры устанавливаются нормами. За нормативное сопротивление принимают наименьшее контролируемое значение временного сопротивления или предела текучести материала, определяемое с учетом статистической изменчивости прочности:

()UВРСRχ−=1НR,

где RВР – среднее значение предела прочности; CU - коэффициент вариации прочности (изменчивости); χ - число "стандартов". Обеспеченность значений нормативных сопротивлений принята в нормах для всех материалов не ниже 0,95, а для древесины не ниже 0,99.

Нагрузки и воздействия. В зависимости от продолжительности действия нагрузки подразделяют на постоянные и временные. Временные нагрузки, в свою очередь, подразделяются на длительные, кратковременные и особые.

К постоянным нагрузкам относят собственный вес конструкции или сооружения, вес и давление грунтов, воздействие предварительного напряжения конструкций, гидростатическое давление воды, вес постоянно расположенного технологического оборудования и т.п.

К временным длительным нагрузкам и воздействиям относят вес стационарного оборудования (станков, аппаратов и т.п.), давление жидкостей, газов, сыпучих тел в емкостях, нагрузки от людей и оборудования на перекрытия зданий, температурные климатические воздействия и т.п.

К временным кратковременным нагрузкам и воздействиям относят нагрузки от действия ветра, снега, от мостовых и подвесных кранов, веса людей и материалов в зонах обслуживания и ремонта, волновые, ледовые, навал судов, транспортные нагрузки, нагрузки, возникающие при изготовлении, транспортировке и монтаже элементов и т.п.

Особыми нагрузками являются сейсмические и взрывные воздействия, нагрузки и воздействия, вызываемые неисправностью и поломкой оборудования, внезапным обрывом тросов при аварии и т.п.

После определения напряженно-деформированного состояния от вышеуказанных парциальных нагрузок составляют сочетания расчетных усилий по действующим нормам. После составления сочетаний расчетных усилий в расчетных сечениях конструкций выполняют конструктивные расчеты элементов, на основании результатов которых проводят конструирование и далее составляют рабочие чертежи.