Две группы предельных состояний, их учет при расчете строительных конструкций

Предельными называются такие состояния, при наступлении ко­торых конструкция перестаёт удовлетворять предъявляемым к ней требованиям, т. е. она теряет способность сопротивляться внешним нагрузкам или получает недопустимые перемещения либо местные повреждения.

Причинами наступления в строительных конструкциях предель­ных состояний могут быть перегрузки, невысокое качество матери­алов, из которых они изготовлены, и другое.

Основное отличие рассматриваемого метода от прежних методов расчёта (расчет по допускаемым напряжениям) в том, что здесь чётко устанавливаются предельные состоя­ния конструкций и вместо единого коэффициента запаса прочности k в расчёт вводится система расчётных коэффициентов, гарантиру­ющих конструкцию с определённой обеспеченностью от наступления этих состояний при самых неблагоприяных (но реально возможных) условиях. В настоящее время этот метод расчета принят в качестве основного официального.

Железобетонные конструкции могут потерять необходимые эксплуатационные качества по одной из двух причин:

1. в результате исчерпания несущей способности (разрушение материала в наиболее нагруженных сечениях, потери устойчивости отдельных элементов или всей конструкцией в целом);

2. в следствии чрезмерных деформаций (прогибов, колебаний, осадок), а также из-за образования трещин или чрезмерного их раскрытия.

В соответствии с указанными двумя причинами, которые могут вызвать потерю эксплуатационных качеств конструкций, нормами установлены две группы их предельных состояний:

- по несущей способности (первая группа);

- по пригодности к нормальней эксплуатации (вторая группа).

Задачей расчёта является предотвращение наступления в рас­сматриваемой конструкции любого предельного состояния в период изготовления, транспортирования, монтажа и эксплуатации.

Расчёты по предельным состояниям первой группы должны обеспечивать в период эксплуатации конструкции и для других ста­дий работы её прочность, устойчивость формы, устойчивость по­ложения, выносливость и др.

Расчёты по предельным состояниям второй группы выполняют, чтобы предотвратить в период эксплуатации конструкции и на дру­гих стадиях её работы чрезмерное по ширине раскрытие трещин, приводящее к преждевременной коррозии арматуры, или их образованиие, а также чрезмерные перемещения.

4. Расчётные факторы

Это нагрузки и механические характеристики материалов (бетона и арматуры). Они обладают статистической изменчивостью или раз­бросом значений. В расчётах по предельным состояниям учитывают (в неявной форме) изменчивость нагрузок и механических характе­ристик материалов, а также различные неблагоприятные или благо­приятные условия работы бетона и арматуры, условия изготовления и эксплуатации элементов зданий и сооружений.

Нагрузки, механические характеристики материалов и расчёт­ные коэффициенты нормированы. При проектировании железобе­тонных конструкций значения нагрузок, сопротивлений бетона и ар­матуры устанавливают по главам СНиП 2.01.07-85* и СП 52-101-2003.

2. Расчет элементов стальных конструкций по первой группе предельных состояний. Основные этапы (несущая способность)

Расчет по первой группе предельных состояний выполняется в общем случае для всех этапов работы конструкции и элементов: изготовления, транспортирования, возведения и эксплуатации. Расчет должен гарантировать сохранение несущей способности конструкции с учетом возможной изменчивости нагрузок в большую сторону и прочностных характеристик материалов в меньшую сторону.

Несущая способность сечения будет обеспечена при выполнении условия:

F_max( qⁿ; γ_f) ≤ F_min( S; R_bn; 1/γ_b; γ_biR_sn;1/γ_s; γ_si)

где F_max – максимальное расчетное усилие в сечении от силовых воздействий в самой невыгодной комбинации (функция нормативной нагрузкиqⁿ, коэффициента надежности по нагрузкеγ_f, других факторов);

F_min – наименьшая возможная величина несущей способности элемента (функция геометрических характеристик сеченияS, прочности материаловR_bn ,R_sn, коэффициентов надежности по материалуγ_b,γ_s , коэффициентов условий работы материаловγ_bi,γ_si.

Физический смысл данного выражения заключается в том, что максимально возможное усилие в сечении элемента должно быть меньше или, в крайнем случае, равно минимально возможной несущей способности сечения.