2. Понятие о методе расчета по предельным состояниям. Расчетные сопротивления, коэфициенты надежности.

Для металличе­ских конструкций установлены две группы предельных состояний: по пригодности к эксплуатации (первая группа предельных состоя­ний) и по пригодности к нормальной эксплуатации (вторая группа предельных состояний).

Первая группа предельных состояний включает в себя факторы, ко­торые приводят к полной непригодности конструкции к эксплуата­ции. Это разрушение любого вида (вязкое, хрупкое, усталостное); потеря общей устойчивости (при центральном сжатии, изгибе, сжа­тии с изгибом); потеря устойчивости положения (опрокидывание дымовой трубы, подпорной стенки и т.п.); превращение конструк­ции или здания (сооружения) в геометрически изменяемую систему (механизм); качественное изменение конфигурации (в результате чрезмерного развития пластических деформаций, сдвигов в соедине­ниях и др.).

Расчет конструкций по первой группе предельных состояний производят с учетом самых неблагоприятных условий, которые мо­гут возникнуть в процессе эксплуатации. С одной стороны, учитыва­ют сочетание нагрузок, вызывающих наибольшее из возможных за все время эксшгуатации усилие в расчетном элементе, а с другой -возможность изготовления этого элемента из металлопроката с наи­худшими (в пределах, допустимых стандартами) характеристиками.

Иными словами, расчет по первой группе предельных состояний соответствует изложенным выше положениям о прогнозировании расчетных ситуаций. Его выполняют по формуле (3.4), которую за­пишем еще раз

N< Ф, . (3.7)

где N - максимальное из возможных за все время эксплуатации кон­струкции усилие в рассчитываемом элементе (например, нормальная сила, изгибающий момент, поперечная сила); Ф - предельная (минимально возможная) несущая способность элемента (при его работе, соответственно, на нормальную силу, изгиб, сдвиг).

Вторую группу предельных состояний составляют факторы, кото­рые могут затруднить пригодность конструкции к нормальной экс­плуатации. Такие состояния не исключают полностью, поэтому рас­чет проводят на максимальные нагрузки нормальной эксплуатации, т.е. значения этих нагрузок принимают на уровне их математических ожиданий.

Нормальная эксплуатация конструкции обеспечивается выпол­нением требований по ограничению перемещений и колебаний. К таким требованиям относят: технологические (обеспечение условий эксплуатации оборудования, контрольно-измерительных приборов и т.д.); конструктивные (обеспечение целостности примыкающих друг к другу элементов конструкций, их стыков, обеспечение заданных уклонов); физиологические (предотвращение вредных воздействий и ощущений дискомфорта при колебаниях); эстетико-психологические (предотвращение впечатления опасности, обеспечение благоприят­ных впечатлений от внешнего вида конструкции).

При расчете конструкций по прогибам (выгибам) и другим пере­мещениям должно быть выполнено условие

где / - перемещение конструкции или ее элемента от максимальных нагрузок нормальной эксплуатации; f_u - предельное перемещение, Допустимое по условиям нормальной эксплуатации.

Расчетные сопротивления

За предельное сопротивление сталей принимают предел текуче­сти (при наличии площадки текучести) или условный предел текуче­сти (при ее отсутствии), так как при дальнейшем росте нагрузки развиваются чрезмерные пластические деформации и недопустимо большие перемещения конструкции.

Основной расчетной характеристикой стали и алюминиевого сплава является расчетное сопротивление, определяемое делением нормативного сопротивления на коэффициент надежности по мате­риалу:

Ry = Ryn/Ym\ Ru-Run/iYmYu)-

Коэф надежности

для учета ответственности зданий и соору­жений, характеризуемой экономическими, социальными и экологи-ню

ческими последствиями их отказов, устанавливаются три уровня: I -повышенный, II - нормальный, III - пониженный. Критерии отнесе­ния объекта к тому или иному уровню ответственности приведены в п.1.5.

При расчете несущих конструкций вводят коэффициент надежно­сти по ответственности у_п, на который следует умножать внутрен­ние силы и перемещения конструкций, вызываемые нагрузками и воздействиями. Этот коэффициент принимают 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. Отнесение объекта к конкретному уровню ответственности и выбор значений коэффици­ента у_п производит генеральный проектировщик по согласованию с заказчиком.

Коэффициент условий работы у_с учитывает степень идеализации расчетной модели и в обобщенном виде отражает" совокупность фак­торов, влияющих на работу конструкции, но не учтенных другими коэффициентами. К таким факторам относятся: случайные эксцен­триситеты нагрузки и отклонения от прямолинейности осей сжатых стержней, наличие концентрации напряжений, динамический харак­тер нагрузки, развитие чрезмерных пластических деформаций в от­дельных локальных зонах, соотношение постоянных и временных нагрузок (что характеризует вероятность одновременного совпадения максимальной нагрузки с минимальным сопротивлением стали) и Др.