5.5.2 Методы расчета конструкций

5.5.2.1 Расчеты бетонных и железобетонных конструкций должны, как правило, производиться с учетом возможного образования трещин и неупругих деформаций в бетоне и арматуре.

5.5.2.2 Определение предельных усилий и деформаций в бетонных и железобетонных конструкциях следует производить на основе расчетных схем (моделей), в наибольшей степени отвечающих действительному характеру работы конструкции в рассматриваемом предельном состоянии.

14

СНБ 5.03.01-02

5.5.2.3 Определение усилий и деформаций в конструкциях и образуемых ими системах зданий и сооружений следует производить методами строительной механики, как правило, с учетом их совместной работы, физической и геометрической нелинейности.

5.5.2.4 При расчете конструкций по предельным состояниям первой группы допускается использовать линейно-упругий (с учетом или без учета перераспределения усилий), нелинейный и пластический методы расчета.

5.5.2.5 При расчете конструкций по предельным состояниям второй группы для определения внутренних усилий следует применять, как правило, линейно-упругий либо нелинейный методы расчета.

5.5.2.6 В статически неопределимых системах следует учитывать перераспределение усилий в конструкциях вследствие образования трещин и развития неупругих деформаций в бетоне и арматуре вплоть до достижения конструкцией предельного состояния, а в необходимых случаях должна учитываться их геометрическая нелинейность.

В случае, когда при расчете выполняют перераспределение моментов, рассчитанных из предпосылки линейно-упругой работы конструкции, для критических сечений реальной конструкции следует предусматривать конструктивные мероприятия, обеспечивающие их достаточную способность к повороту, соответствующему заданному расчетом перераспределению.

5.5.2.7 Пластический метод расчета (например, по методу предельного равновесия) следует применять в случае очень деформативных элементов, армированных мягкими сталями.

5.5.2.8 При расчете конструкций, подвергнутых действию многократно повторяющейся нагрузки, следует применять, как правило, линейно-упругий метод расчета. Не рекомендуется для расчета таких конструкций пользоваться пластическим методом расчета.

5.5.3 Расчетные модели для сечений

5.5.3.1 Расчеты бетонных и железобетонных конструкций следует производить на действие изгибающих и крутящих моментов, продольных и поперечных сил, возникающих в конструкциях от различных воздействий, а также на местное действие нагрузки.

Расчеты бетонных и железобетонных конструкций следует производить методами, использующими:

модель сечений (нормальных к продольной оси конструкции, наклонных, пространственных) или блочную модель;

стержневую модель (осевую, плоскую, пространственную).

Расчет железобетонных конструкций с предварительно напряженной арматурой следует производить по общим правилам с учетом особенностей, изложенных в разделе 9.

5.5.3.2 Расчеты конструкций на действие изгибающих моментов и продольных сил (сжимающих и растягивающих), по несущей способности (прочности) и пригодности к нормальной эксплуатации (трещиностойкости и деформациям) при любой форме поперечных сечений, любом расположении арматуры в пределах сечения и произвольной системе усилий, вызванных внешними воздействиями, следует производить на основе общей деформационной расчетной модели сечений, нормальных к продольной оси конструкции (основная модель), использующей:

уравнения равновесия моментов и продольных сил в сечении, нормальном к продольной оси конструкции;

уравнения, определяющие зависимости между напряжениями и относительными деформациями бетона и арматуры, в виде диаграмм состояния (деформирования) материалов, приведенных в разделе 6;

уравнения, определяющие распределение относительных деформаций в бетоне и арматуре по сечению, нормальному к продольной оси конструкции, исходя из гипотезы плоских сечений. При этом, относительные деформации арматуры, имеющей сцепление с бетоном (независимо, при сжатии или растяжении), следует принимать такими же, как и для окружающего бетона;

условия деформирования бетона и арматуры между трещинами, нормальными к продольной оси конструкции.

5.5.3.3 Для расчетов элементов общей формы по сечениям, нормальным к продольной оси, при любом положении арматуры и любых внешних воздействиях допускается использовать уравнения равновесия моментов и продольных сил, действующих в рассматриваемом сечении совместно с уравнениями, описывающими распределение деформаций по сечению, на любом уровне загружения в виде:

, (5.1)

15

СНБ 5.03.01-02

где  вектор-столбец усилий, вызванных действием расчетных воздействий в рассматриваемом сечении конструкции;

вектор-столбец деформаций рассматриваемого сечения, являющийся функцией внешних сил и геометрических параметровS;

 матрица жесткостей для рассматриваемого сечения, компоненты которой являются функцией внешних сил , геометрических параметров сеченияS и корректируются в зависимости от уровня нагружения по диаграммам состояния (деформирования) «» для материалов, принимаемых согласно разделу 6;

_z, k_x, k_y  соответственно относительная деформация продольной оси элемента и изменения кривизн в плоскостях, совпадающих с осями х и у.

5.5.3.4 Напряжения в арматуре и бетоне следует определять по расчетным диаграммам состояния материалов исходя из суммарных относительных деформаций от всех воздействий, включая начальные и развивающиеся в процессе эксплуатации конструкции (усадка, ползучесть, набухание, предварительное напряжение, самонапряжение и т. п.).

5.5.3.5 Распределение относительных деформаций бетона и растянутой арматуры на длине участ-ка между трещинами допускается принимать равномерным с усредненными значениями относительных деформаций бетона и арматуры.

5.5.3.6 При отсутствии сцепления арматуры с бетоном расчет следует производить на основе расчетной модели, учитывающей равномерное удлинение (укорочение) арматуры по длине участка конструкции, где отсутствует сцепление арматуры с бетоном.

5.5.3.7 Расчет по прочности железобетонных элементов прямоугольного, таврового и двутаврового поперечных сечений с арматурой, сосредоточенной у наиболее растянутой и сжатой граней элемента, выполненного из бетона класса не более С⁵⁰/₆₀, когда изгибающие моменты и продольные силы, вызванные нагрузками и воздействиями, приложены в плоскости симметрии сечения, допускается производить по предельным усилиям в сечении, нормальном к продольной оси (альтернативная модель), принимая прямоугольную эпюру распределения напряжений в бетоне сжатой зоны сечения.

5.5.3.8 Расчет железобетонных конструкций при совместном действии изгибающих моментов, продольных и поперечных сил следует производить на основе общей деформационной модели, используя:

уравнения равновесия для железобетонного элемента в условиях плоского напряженного сос-тояния;

уравнения совместности деформаций для железобетонного элемента в условиях плоского деформированного состояния;

трансформированные диаграммы деформирования для элемента с диагональными (наклонными) трещинами, приведенные в разделе 6;

диаграммы деформирования для арматуры, приведенные в разделе 6;

зависимости, связывающие касательные напряжения и перемещения в сечении, проходящем вдоль диагональной (наклонной) трещины.

5.5.3.9 Для сечений простой геометрической формы (прямоугольной, тавровой, двутавровой) с арматурой, сосредоточенной у наиболее растянутой и наиболее сжатой граней сечения, когда усилия (моменты, продольные и поперечные силы), вызванные внешними нагрузками, действуют в плоскости оси симметрии сечения при расчетах по общей деформационной модели допускается принимать следующие упрощения:

в расчетном сечении касательные напряжения равномерно распределены по высоте эффективной зоны среза, заключенной между равнодействующими в растянутой и сжатой арматуре;

в бетонной полосе, выделяемой параллельными диагональными (наклонными) трещинами, направления (оси) главных напряжений и главных относительных деформаций совпадают.

5.5.3.10 Расчет железобетонных конструкций на действие поперечных сил допускается производить на основе упрощенных идеализированных моделей:

16

СНБ 5.03.01-02

модели наклонных сечений, включающей уравнения равновесия внешних и внутренних сил в расчетном наклонном сечении;

стержневой модели, состоящей из сжатых и растянутых поясов, соединенных между собой сжатыми и растянутыми раскосами, и использующей уравнения равновесия внешних и внутренних сил в расчетном сечении.

5.5.3.11 Расчет железобетонных конструкций по прочности на действие крутящих моментов и изгиба следует производить на основе расчетной модели разрушения железобетонного элемента по пространственному сечению (модель пространственного сечения).

Расчет железобетонных конструкций по прочности на действие крутящих моментов, изгиба и осевых усилий допускается производить на основе расчетной модели железобетонного элемента с трещинами в виде пространственной стержневой системы (модель пространственной фермы).

5.5.3.12 При действии местной сжимающей нагрузки, приложенной к ограниченной площадке, площадь которой меньше площади сечения конструкции, следует производить расчет конструкций на местное сжатие (смятие) непосредственно под грузовой площадкой.

5.5.3.13 При действии местной растягивающей нагрузки, приложенной на ограниченной площадке, площадь которой меньше площади сечения конструкции, следует производить расчет на местное растяжение (отрыв).

5.5.3.14 При действии на плитные конструкции местной поперечной нагрузки, приложенной на ограниченной площадке, следует производить расчет плит на местный срез (продавливание).

5.5.3.15 Расчет стыков (сопряжений, контактных швов) должен производиться на действие изгибающих моментов, сдвигающих, растягивающих и сжимающих усилий, передаваемых от одного элемента к другому и действующих в сечении, совпадающем с плоскостью стыкового соединения.

5.5.3.16 При расчете объемных конструкций, подвергающихся силовым воздействиям в трех взаимно перпендикулярных направлениях, в общем случае следует рассматривать выделенные из конструкции объемные элементы единичного размера с усилиями, действующими по их граням.

Расчет объемных элементов следует производить по наиболее опасным сечениям, расположенным под углом по отношению к направлению действующих на элемент усилий, на основе соответствующих расчетных моделей, либо на основе обобщенного критерия прочности армированного элемента при объемном напряженном состоянии.

5.5.3.17 Расчет бетонных и железобетонных конструкций (стержневых, плоскостных, объемных) методом конечных элементов (МКЭ) следует производить с использованием соответствующей матрицы жесткости конечных элементов. Матрицу жесткости конечных элементов следует формировать на основе общих моделей деформирования и прочности бетона и железобетона при различных напряженных состояниях конструкции. Особенности деформирования и разрушения конструкций с различным видом напряженных состояний следует учитывать в физических соотношениях, представляющих собой связь относительных деформаций и напряжений.

5.5.3.18 Расчет массивных железобетонных конструкций допускается производить методами теории упругости с использованием блочных моделей.

В качестве критериев исчерпания прочности и трещиностойкости массивных железобетонных конструкций следует принимать условие достижения напряжениями их соответствующих предельных значений (расчетных сопротивлений).

Для массивных конструкций сложной конфигурации кроме расчетных методов допускается использовать результаты испытания физических моделей.

При применении блочных моделей следует рассматривать систему блоков, разделенных нормальными или наклонными трещинами и контактирующих между собой посредством бетона сжатой зоны и арматуры растянутой зоны.