Основы методики расчета металлических конструкций по предельным состояниям
Цель расчета строительных конструкций — обеспечить заданные условия эксплуа-тации и необходимую прочность при минимальном расходе материалов и минимальной затрате труда на изготовление и монтаж. Строительные конструкции рассчитывают на силовые и другие воздействия, определяющие их напряженное состояние и деформации, по предельным состояниям.
Метод расчета по предельным состояниям впервые был разработан в Советском Союзе в 50-е годы. Целью метода является не допускать с определенной обеспече-нностью наступления предельных состояний при эксплуатации в течение всего зада-нного срока службы конструкции здания или сооружения.
Предельные состояния – это такие состояния, при которых конструкции перестают удовлетворять заданным эксплуатационным требованиям или требованиям при производстве работ. В расчетах конструкций на действие статических и динамических нагрузок и воздействий, которым они могут подвергаться в течение строительства и заданного срока службы, учитываются следующие предельные состояния:
первой группы— по потере несущей способности и (или) полной непригодности к эксплуатации конструкций;
второй группы — по затруднению нормальной эксплуатации сооружений.
К предельным состояниям первой группы относятся:
· общая потеря устойчивости формы;
· потеря устойчивости положения; разрушение любого характера;
· переход конструкции в изменяемую систему;
· качественное изменение конфигурации;
· состояния, при которых возникает необходимость прекращения эксплуатации в результате текучести материала, сдвигов в соединениях, ползучести, недопустимых остаточных или полных перемещений или чрезмерного раскрытия трещин.
Первая группа по характеру предельных состояний разделяется на две подгруппы: по потере несущей способности (первые пять состояний) и по непригодности к эксплуатации (шестое состояние) вследствие развития недопустимых по величине остаточных перемещений (деформаций).
К предельным состояниям второйгруппы относятся состояния, затрудняющие нормальную эксплуатацию (нормальной считается эксплуатация, осуществляемая без ограничений и без внеочередного ремонта) или снижающие долговечность вследствие появления недопустимых перемещений (прогибов, осадок, углов поворота, колебаний, трещин и т. п.).
Предельные состояния первой группы проверяются расчетом на максимальные (расчетные) нагрузки и воздействия, возможные при нарушении нормальной эксплуатации, предельные состояния второй группы — на эксплуатационные (нормативные) нагрузки и воздействия, отвечающие нормальной эксплуатации конструкций.
Надежность и гарантия от возникновения предельных состояний конструкции обеспечиваются надлежащим учетом возможных наиболее неблагоприятных характеристик материалов; перегрузок и наиболее невыгодного (но реально возможного) сочетания нагрузок и воздействий; условий и особенностей действительной работы конструкций и оснований; надлежащим выбором расчетных схем и предпосылок расчета, учетом в необходимых случаях пластических и реологических свойств материалов.
Это условие для первой группы предельных состояний по несущей способности может быть записано в общем виде
N < S, (1)
где N — усилие, действующее в рассчитываемом элементе конструкции;
S - предельное усилие, которое может воспринять рассчитываемый элемент.
Поскольку расчетом должна быть обоснована возможность нормальной эксплуатации конструкции в течение всего заданного срока ее службы, значение N неравенства (1) должно представлять собой наибольшее возможное за это время усилие (воздействие). Усилие N определяется от расчетных нагрузок Fi,представляющих собой возможные наибольшие или наиболее часто повторяющиеся нагрузки. Эти нагрузки определяют умножением нормативных нагрузок Fin, отвечающих условиям нормальной эксплуатации, на коэффициенты надежности по нагрузке γf, учитывающие возможное отклонение нагрузок в неблагоприятную сторону (большую или меньшую), и на коэффициент надежности по назначению γn, учитывающий степень ответственности, зданий и сооружений.
При одновременном действии двух или нескольких временных нагрузок расчет конструкций по первой и второй группам предельных состояний выполняется с учетом наиболее неблагоприятных сочетаний нагрузок или усилий.
Вероятность совместного действия нескольких нагрузок учитывают умножением нагрузок или вызываемых ими усилий на коэффициент сочетаний ψ.
Несущая способность – предельное усилие S, которое может воспринять рассчитываемый элемент определяется умножением геометрической характеристики сечения А (площади) на расчетное сопротивление Ry и коэффициент условий работы γс.
Расчетное сопротивление Ry получают делением нормативного сопротивления по пределу текучести Ryn или временному сопротивлению разрыву Run на коэффициент надежности по материалам γm, учитывающий выборочный характер контроля и возможность попадания в конструкцию металла с пониженными характеристиками.
Итак, для первой группы предельных состояний по прочности формула (1) может быть записана:
, (2)
или
, (3)
где γb = 1,3 – коэффициент надежности для элементов конструкций, рассчитываемых по временному сопротивлению.
Для второй группы предельных состояний предельное условие может быть записано в виде:
, (4)
где f – перемещение конструкции (функция нагрузок);
[f] – предельное перемещение, допустимое по условиям эксплуатации.
Дата добавления: 2015-08-21; просмотров: 8164;