.1. Развитие методов расчета строительных конструкций

В ХХ в. были сформулированы теоретические основы расчета по допускаемым напряжениям. Его условия:

    

где   – усилие при нормальных условиях в элементе, соединении и т. д.; S – геометрический фактор  ; [] – допускаемые напряжения;   – опасные напряжения; К – коэффициент запаса – общий, учитывающий все факторы;  – перемещения; [] – допустимые перемещения.

Теория основывалась на предположении об упругой работе материала, пропорциональности напряжений и деформаций до исчерпания возможности эксплуатации конструкций.

Коэффициент запаса К не учитывал многофакторность причин исчерпания возможностей эксплуатации конструкций, поэтому был неточным. Теория давала надежные результаты при расчетах, но приводила к неэкономичным решениям за счет неизбежного завышения коэффициента запаса К.

С 1938 г. для расчета железобетонных конструкций стала применяться теория расчета по разрушающим усилиям. Ее основное уравнение:

,

где   – предельное усилие в элементах – определялось с учетом свойств материала в стадии разрушения (u – ultimute – окончательный);   – коэффициент запаса, по-прежнему общий и поэтому неточный, ведущий к неоправданному перерасходу материала, излишней несущей способности конструкций и неэкономичности решений.

С 1955 г. все строительные конструкции в СССР стали рассчитываться по предельным состояниям. За прошедшие годы эта методика неоднократно модернизировалась, но ее основа – отдельный учет разных факторов, влияющих на пригодность конструкций к эксплуатации и вероятностный подход к обеспечению пригодности конструкций к эксплуатации – сохранилась.

Эта методика базировалась на теории расчета по допускаемым напряжениям и разрушающим усилиям и использовала их геометрические факторы при расчете металлических и деревянных конструкций, допущение неупругой работы материала, определение перемещений и т. п.

 

1.2. Метод расчета по предельным состояниям

Предельные состояния, ограничивающие нормальную эксплуатацию конструкций или делающие ее вообще невозможной, делятся на две группы.

1-я группа – по непригодности к дальнейшей эксплуатации.

В нее входят:

– вязкое, хрупкое или усталостное разрушение;

– потеря устойчивости формы (общая или местная);

– потеря устойчивости положения (например, подпорные стенки, резервуары);

– качественное изменение конструкции, превращение ее в геометрически изменяемую систему;

– чрезвычайно большие деформации, связанные с текучестью материала, резонансом, недопустимые остаточные деформации и др.

– одновременное действие силовых факторов и окружающей среды.

Переход за предельное состояние первой группы – это всегда большие потери, часто сопровождающиеся утратой ценного оборудования и даже гибелью людей. Поэтому переход за предельные состояния этой группы недопустим ни в коем случае за весь срок эксплуатации конструкций. Тем более, что неизвестно, когда произойдет этот переход за предельное состояние: во время возведения сооружения или после многих лет его эксплуатации.

Основное уравнение предельных состояний 1-й группы:

.

Здесь N – самое опасное, вероятное при заданных условиях за весь срок эксплуатации усилие в конструкции, ее элементе, соединении, при самом невыгодном сочетании нагрузок и воздействий. Определяется по самым опасным, вероятным за весь срок эксплуатации нагрузкам;  Ф – самая малая, вероятная при заданных условиях (качество материалов, размеры сечений и условия эксплуатации) несущая способность той же конструкции, ее элемента, соединения.

         2-я группа – по непригодности к нормальной эксплуатации или снижению долговечности конструкций. Это появление недопустимых перемещений в широком смысле (линейные, углы поворота, колебания, появление или чрезмерное раскрытие трещин и т. п.).     Основное уравнение предельных состояний 2-й группы имеет вид

.

После перехода за предельные состояния этой группы возможна эксплуатация конструкций с ограничениями (по грузоподъемности, скорости перемещения грузов и т. п.). Подразумевается, что если устранена причина, вызвавшая переход за предельное состояние 2-й группы, и при этом конструкция не перешла за предельное состояние 1-й группы, конструкцию снова можно эксплуатировать без ограничений. Предельные состояния 2-й группы менее опасны, чем 1-й, переход за предельные состояния 2-й группы не приводит к крупным потерям и часто допускает эксплуатацию конструкций с ограничениями, даже во время нахождения за этим предельным состоянием. Поэтому расчет по предельным состояниям 2-й группы ведется по нагрузкам при нормальных условиях эксплуатации.

2 Нагрузки и воздействия. Классификация, виды. 1.4 При проектировании следует учитывать нагрузки, возникающие при возведении и эксплуатации сооружений, а также при изготовлении, хранении и перевозке строительных конструкций.