2.3. Нормативные и расчетные сопротивления материалов

При расчетах по предельным состояниям первой и второй групп прочностным показателем материала является его сопротивление, которое может принимать нормативные и расчетные значения:

Rn нормативное сопротивление материала (МПа, кН/см²)(контрольная или браковочная характеристика), основной параметр сопротивления материалов внешним воздействиям. Нормативные характеристики назначают на основании статической обработки результатов испытаний стандартных образцов. Обеспеченность нормативных значений принимают не менее 95%.

Можно сказать, что нормативные сопротивления материалов - это предельные напряжения, полученные при испытании образцов материалов на тот или иной вид работы (сжатие, растяжение, изгиб).

R - расчетное сопротивление материала, определяется по формуле

где коэффициент надежности по материалу, учитывает возможные отклонения сопротивления материала в неблагоприятную сторону от нормативного значения.

Расчетное сопротивление следует принимать с коэффициентом (γ_с), учитывающим условия работы материалов, элементов и соединений конструкций, температуры, влажности, агрессивной среды и др.

Нормативные Rn и расчетные R сопротивления приведены в соответствующих нормах проектирования конструкций в зависимости от материала.

2.4. Структура расчетных формул при расчете конструкций и оснований по предельным состояниям

Расчет по предельным состояниям первой группы называют расчетом по несущей способности (по непригодности к эксплуатации)

Цель такого расчета заключается в том, чтобы предотвратить наступление любого из предельных состояний первой группы.

Несущая способность конструкций (первая группа предельных состояний), считается обеспеченной, если удовлетворяется неравенство

F  F_ult, (2.1)

где F – усилие в сечении элемента (продольная сила для сжатых и растянутых элементов, изгибающий момент для изгибаемых элементов и т.д.);

F_ult – предельная несущая способность сечения элемента, которое подвержено сжатию, растяжению, изгибу. Она зависит от прочностных свойств материала, геометрической формы и размеров сечения имеет вид:

F_ult={R, S,c, (2.2)

где R – расчетное сопротивление материала (кН/см²);

S - геометрический фактор – это площадь поперечного сечения (см ) или момент сопротивления сечения при изгибе (см );

c – коэффициент условия работы конструкции.

Предельное состояние второй группы (по деформациям) проверяется по формуле

(2.3)

где - деформация конструкции (перемещение, угол поворота сечения, прогиб, осадка, образование и раскрытие трещин и т.д.) от нормативной нагрузки (см); - предельные (допустимые) деформации, которые устанавливаются нормами (см), по таблице 19 СНиП 2.01.07-85* ).

Расчетная нагрузка при растяжении и сжатии определяется по формуле

(кН), (2.4)

где N _n – нормативное значение нагрузки (кН).

Расчетная равномерно распределенная нагрузка, по площади или по длине элемента, определяется по формуле

,( ) (2.5)

где q _n – нормативное значение нагрузки (кН/м²).

Полная нормативная нагрузка

, (2.6)

где g - нормативная постоянная нагрузка (кН/м²; кН/м), g_n = V ∙ ,

v – объем конструкции ( м3);  -плотность материала (кН/ м 3 );

 – нормативная временная равно распределённая нагрузка (кН/м²; кН/м).

Полная расчетная нагрузка

; q= g + s , (2.7)

где g- расчетная постоянная нагрузка (кН/м²; кН/м), ;

v – расчетная равномерно распределённая временная нагрузка (кН/м²; кН/м),

_Sg – расчётная снеговая нагрузка на 1 кв. м горизонтальной поверхности земли

табл. 2.2 ( табл.4* СНиП 2.01.07 - 85*), S = S g . ,

 -коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие (приложение 3 СНиП 2.01.07-85*).

коэффициент надежности по нагрузкам, учитывает возможные отклонения нагрузок в неблагоприятную (большую или меньшую) сторону от нормативных значений. Значения временных равномерно распределенных нагрузок (табл.2.3).

Для временных нагрузок коэффициент надежности по нагрузке принимается

согласно пункту 3.7. СНиП 2.01.07- 85*:

1,3 – при полном нормативном значении менее 2,0 ;

1,2 при полном нормативном значении 2,0 и более.

При расчете несущих конструкций следует учитывать уровень ответственности зданий и сооружений, в расчётных формулах выражается коэффициентом надёжности по ответственности – γ_n, на который умножаются расчетные нагрузки. Коэффициент учитывает экономические, социальные и экологические последствия их отказа в результате аварий.

Коэффициент надежности по ответственности γ_n, принимаем равным: для I уровня ответственности – более 0,95, но не более 1,2; для II уровня – 0,95; для III уровня – менее 0,95 но не менее 0,8 принимаются по СНиП 2.01.07-85* приложение 7.

I уровень (повышенной ответственности) - для зданий и сооружений, отказы которых могут привести к тяжёлым экономическим, социальным и экологическим последствия ( резервуары, ,трубопроводы, производственные здания высотой более 100 м или пролетами более 100 м).

II уровень (нормальной ответственности) – для зданий и сооружений массового строительства (жилые, общественные, сельскохозяйственные здания и сооружения).

III уровень (пониженный) – для сооружений сезонного или вспомогательного назначения ( парники, теплицы, летние павильоны, небольшие склады и др.).