Основы расчета сооружений по предельным состояниям.

Общие положения

В ранее рассмотренных методах расчета сооружений производится подбор сечений отдельных элементов по предварительно определенным усилиям таким образом, чтобы было выполнено условие прочности

s_max ≤ [s]. (3.1)

При этом должна быть обеспечена устойчивость сооружения и нормативная величина наибольшей деформации (т. е. должно быть выполнено условие жесткости). Отметим, что

[s] = s_оп/n. (3.2)

Указанный выше расчет на прочность (3.1) – носит название расчет по допускаемым напряжениям. Величина n - отношение предела текучести или предела прочности (s_оп) к допускаемому напряжению представляет собой условный коэффициент запаса .

Действительный коэффициент запаса – отношение разрушающей нагрузки к допускаемой, отличается от условного. Действительный, как правило, больше условного коэффициента запаса. Это объясняется непостоянством механических характеристик материала, большим или меньшим соответствием расчетной схемы реальному сооружению, неточностью размеров и т. п.

Коэффициент запаса, принятый для расчета отдельных элементов, характеризует запас прочности сооружения в целом лишь в статически определимой системе, элементы которой работают на осевые усилия. Действительно, если в каком-нибудь из элементов фермы напряжения достигают s_т, то такой элемент надо считать выбывшим из строя, т. е. система превращается в механизм – теряет несущую способность.

Если система статически неопределима, то появление в лишних элементах пластической деформации не выводит все сооружение из строя, а постепенно уменьшает степень его статической неопределимости и система еще может воспринимать дополнительную нагрузку.

То же самое при изгибе – появление в крайних волокнах какого-либо сечения предельных напряжений не означает полного исчерпания несущей способности, т. е. напряжения в остальных волокнах этого сечения ниже предельных и могут воспринимать дополнительную нагрузку.

Для таких сооружений принципиально более правильным будет метод расчета по предельному состоянию.

Различают три вида предельного состояния:

а) по прочности или по потере несущей способности – когда конструкция не может нести нагрузку вследствие появления чрезмерных напряжений или вследствие потери устойчивости;

б) по появлению чрезмерных деформаций, нарушающих правильную эксплуатацию сооружения;

в) по появлению местных повреждений (трещин).

Метод расчета по предельному состоянию введен СНиПом как обязательный при расчете ж/бетонных конструкций.

Наряду с этим, СНиП вместо одного общего коэффициента запаса устанавливает систему коэффициентов:

- коэффициент перегрузки,

- коэффициент однородности материала,

- коэффициент условий работы.

Вводимые в расчет нагрузки и расчетные сопротивления получаются умножением нормативных величин на соответствующие коэффициенты.

Расчет по предельному состоянию более правильно оценивает надежность конструкций с точки зрения прочности, деформативности или раскрытия трещин.

Предельная нагрузка – нагрузка, при которой возникает (происходит) предельное состояние по несущей способности (прочности или устойчивости).

Далее будет рассмотрен расчет по первому предельному состоянию – по несущей способности, который в большинстве случаев является решающим. Другие предельные состояния будут рассмотрены в дисциплинах – железобетонные конструкции, металлические конструкции.