Файл: Лекция 1. 1.pdf

6 стадии II не отвечает треугольной эпюре напряжений, а а— число не постоянное, зависящее от значения напряжения в бетоне, продолжительности его действия и других факторов. Не помогает и установление разных значений числа α в зависимости от класса бетона. Установлено, что действительные напряжения в арматуре меньше вычисленных. Этот метод расчета не только не дает возможности спроектировать конструкцию с заранее заданным коэффициентом запаса, но и не позволяет определить истинные напряжения и материалах. В ряде случаев это приводит к излишнему расходу материалов, требует установки арматуры в бетоне сжатой зоны и др.
Особенно ярко проявились недостатки метода расчета по допускаемым напряжениям при внедрении в практику новых видов бетона (тяжелых бетонов высоких классов, легких бетонов на пористых заполнителях) и арматурных сталей высокой прочности. Это побудило советских ученых к выполнению специальных исследований и разработке метода расчета, который лучше от- вечал бы упругопластическим свойствам железобетона и позволил бы отказаться от метода расчета по допускаемым напряжениям. Таким методом явился введенный в нормы в 1938 г. метод расчета по разрушающим усилиям.
1.2.4.
Метод расчета по разрушающим усилиям
Метод расчета сечений по разрушающим усилиям исходит из стадии III напряженно-деформированного состояния при изгибе. Работа бетона растянутой зоны не учитывается. В расчетные формулы вместо допускаемых напряжений вводят предел прочности бетона при сжатии и предел текучести арматуры. При этом отпадает необходимость в использовании числа а. Эпюра напряжений в бетоне сжатой зоны вначале была принята криволинейной, а затем — прямоугольной. Усилие, допускаемое при эксплуатации конструкции, определяют делением разрушающего усилия на общий коэффициент запаса прочности к.
Так, для изгибаемых элементов:
(2.8.)
Рис. 1.2.4.К расчету балки любого симметричного сечения по
разрушающим усилиям.

7 а для сжатых элементов:
(2.9)
При определении разрушающих усилий элементов, работающих по случаю 1, разрушение которых начинается и растянутой зоне, вместо гипотезы плоских сечений применяют принцип пластического разрушения, впервые
Обоснованный советским ученым А. Ф. Лолейтом.
На основании этого принципа, согласно которому напряжения в арматуре и бетоне достигают предельных значений одновременно, были получены расчетные формулы разрушающих усилий изгибаемых и центрально- загруженных элементов.
Для изгибаемого элемента с любым симметричной формы сечением
(рис. 1.2.4) высоту сжатой зоны определяют из уравнения равновесия внутренних усилий в стадии разрушения.
(2.9) где R
u
— временное сопротивление бетона сжатию при изгибе, которое принято равным 1,25R
ь
; R
s
— предел текучести арматуры; А
ь
— площадь сечения сжатой зоны бетона.
Разрушающий момент определяют как момент внутренних усилий относительно оси, проходящей через центр тяжести растянутой арматуры:
(2.10) где
—- статический момент площади сечения бетона сжатой зоны бетона относительно оси, проходящей через центр тяжести сечения растянутой арматуры; z b
— расстояние от центра тяжести сечения растянутой арматуры до центра тяжести площади сечения сжатой зоны бетона.
Границу между случаем 1, и случаем 2 устанавливают на основе опытных данных. При S
b
/S
0
≤0,8 имеет место случай I (So — статический момент всей рабочей площади сечения бетона относительно оси, проходящей через центр тяжести сечения растянутой арматуры). Для прямоугольных и тавровых сечений с полкой в сжатой зоне граничное значение высоты сжатой зоны x =
0,55h o
Таким образом, при расчете этим методом в формулах учитывают запас прочности — единый для элемента в целом. Коэффициент запаса прочности k был установлен нормами в зависимости от причины разрушения конструкции, сочетания силовых воздействий и отношения усилий T
v от временных нагрузок к усилиям T
g от постоянных нагрузок. I) случае преобладания временной нагрузки перегрузка конструкции более вероятна и коэффициент запаса должен быть больше. Так, для плит и балок k=1,8 при основном сочетании нагрузок и отношении T
v
/T
e
≤2, k=2 при T
0
/T
g
>2 и т.д. Для сборных конструкций заводского изготовления при основных и дополнительных сочетаниях нагрузок коэффициент запаса уменьшался на 0,2.
В расчетах сечений по разрушающим усилиям внутренние усилия М,
Q, N от нагрузки определяют также в стадии разрушения конструкции, т. е. с

8 учетом образования пластических шарниров. Для многих видов конструкций— плит, неразрезных балок, рам — такого рода расчеты дают существенный экономический эффект.
Метод расчета по разрушающим усилиям, учитывающий упруго пластические свойства железобетона, более правильно отражает действительную работу сечений конструкции под нагрузкой и является серьезным развитием в теории сопротивления железобетона. Большим преимуществом этого метода по сравнению с методом расчета по допускаемым напряжениям является возможность определения близкого к действительности общего коэффициента запаса прочности. При расчете по разрушающим усилиям в ряде случаев получается меньший расход арматурной стали по сравнению с расходом стали по методу допускаемых напряжений (например, в изгибаемых элементах сжатая арматура по расчету этим методом обычно не требуется).
Недостаток метода расчета сечений по разрушающим усилиям заключается в том, что возможные отклонения фактических нагрузок и прочностных характеристик материалов от их расчетных значений не могут быть явно учтены при одном общем синтезирующем коэффициенте запаса прочности.
1.2.5.
Метод расчета конструкций по предельным
состояниям
Сущность метода
Метод расчета конструкций по предельным состояниям является
дальнейшим развитием метода расчета по разрушающим усилиям. При расчете по этому методу четко устанавливают предельные состояния конструкций и используют систему расчетных коэффициентов, введение которых гарантирует, что такое состояние не наступит при самых неблагоприятных сочетаниях нагрузок и при наименьших значениях прочностных характеристик материалов.
Прочность сечений определяют по стадии разрушения, но безопасность работы конструкции под нагрузкой оценивают не одним синтезирующим коэффи- циентом запаса, а указанной системой расчетных коэффициентов. Конструкции, запроектированные и рассчитанные по методу предельного состояния, получаются несколько экономичнее.
Две группы предельных состояний
Предельными считаются состояния, при которых конструкции перестают удовлетворять предъявляемым к ним в процессе эксплуатации требованиям, т.е. теряют способность сопротивляться внешним нагрузкам и воздействиям или получают недопустимые перемещения или местные повреждения.

9
Железобетонные конструкции должны удовлетворять требованиям расчета по двум группам предельных состояний: по несущей способности
(первая группа); по пригодности к нормальной эксплуатации (вторая группа).
Расчет по предельным состояниям первой группы выполняют, чтобы предотвратить следующие явления: хрупкое, вязкое или иного характера разрушение (расчет по прочности с учетом в необходимых случаях прогиба конструкции перед разрушением); потерю устойчивости формы конструкции (расчет на устойчивость тонкостенных конструкций и т.п.) или се положения (расчет на опрокидывание и скольжение подпорных стен, внецентренно нагруженных высоких фундаментов; расчет на всплытие заглубленных или подземных резервуаров и т. п.); усталостное разрушение (расчет на выносливость конструкций, находящихся под воздействием многократно повторяющейся подвижной или пульсирующей нагрузки: подкрановых балок, шпал, рамных фундаментов и перекрытий под неуравновешенные машины и т.п.); разрушение от совместного воздействия силовых факторов и неблагоприятных влияний внешней среды (агрессивность среды, попеременное замораживание И оттаивание и т. п.).
Расчет но продольным состояниям второй группы выполняют, чтобы предотвратить следующие явления: образование чрезмерного и продолжительного раскрытия трещин (если по условиям эксплуатации они допустимы); чрезмерные перемещения (прогибы, углы поворота, углы перекоса и амплитуды колебаний).
Расчет по предельным состояниям конструкции в целом, а также отдельных ее элементов или частей выполняют для всех этапов: изготовления, транспортирования, монтажа и эксплуатации. При этом расчетные схемы должны отвечать принятым конструктивным решениям и каждому из перечисленных этапов.

10 зданий и сооружений. Нагрузки, механические характеристики материалов и расчетные коэффициенты нормируют.
Классификация нагрузок. Нормативные и расчетные нагрузки.
Постоянные нагрузки. В зависимости от продолжительности действия нагрузки делят на постоянные и временные. Постоянными нагрузками являются вес несущих и ограждающих конструкций зданий и сооружений, вес и давление грунтов, воздействие предварительного напряжения железобетонных конструкций. f
n q
q
γ
*
=
(2.11)
где коэффициент надежности
γ
f
,
γ
f
>1 по 1-ой гр.,
γ
f
=1 по 2-ой гр.
Временные нагрузки. Длительные нагрузки. К ним относятся: вес стационарного оборудования на перекрытиях: станков, аппаратов, двигателей, емкостей и т.п.; давление газов, жидкостей, сыпучих тел в емкостях; вес специфического содержимого в складских помещениях, холодильников, архивов, библиотек и подобных зданий и сооружений; установленная нормами часть временной нагрузки в жилых домах, в служебных и бытовых помещениях; длительные температурные технологические воздействия от стационарного оборудования; нагрузки от одного подвесного или одного мостового крана, умноженные на коэффициенты: 0,5—для кранов группы режимов работы
4К-6К (среднего режима), 0,6— для кранов группы режима работы 7К (тяжелого режима), 0,7 — для кранов группы режима работы 8К (тяжелого режима); снеговые нагрузки для III…VI климатических районов с коэффициентами
0,3...0,6. Указанные значения крановых, некоторых временных и снеговых нагрузок составляют часть полного их значения и вводятся в расчет при учете длительности действия нагрузок этих видов на перемещения, деформации, образование трещин. Полные значения этих нагрузок относятся к кратковременным.
Кратковременные нагрузки. К ним относятся: вес людей, деталей, материалов в зонах обслуживания и ремонта оборудования — проходах и других свободных от оборудования участках; часть нагрузки на перекрытия жилых и общественных зданий; нагрузки,
Возникающие при изготовлении, перевозке и монтаже элементов конструкций; нагрузки от подвесных и мостовых кранов, используемых при возведении или эксплуатации зданий и сооружений; снеговые и ветровые нагрузки; температурные климатические воздействия.
Особые нагрузки. К ним относятся: сейсмические и взрывные воздействия; нагрузки, вызываемые неисправностью или поломкой оборудования и резким нарушением технологического процесса (например, при резком повышении или понижении температуры и т.п.); воздействия неравномерных деформаций основания, сопровождающиеся коренным изменением структуры грунта (например, деформации просадочных грунтов при замачивании или вечномерзлых грунтов при оттаивании), и др.

11 n
f n
γ
γ
ν
ν
*
*
=
(2.12) n
f n
p p
γ
γ
*
*
=
(2.13)
Нормативные нагрузки. Они устанавливаются нормами по заранее заданной вероятности превышения средних значений или по номинальным значениям. Нормативные постоянные нагрузки принимают по проектным значениям геометрических и конструктивных параметров и по средним значениям плотности. Нормативные временные технологические и монтажные нагрузки устанавливают по наибольшим значениям, предусмотренным для нормальной эксплуатации; снеговые и ветровые—по средним из ежегодных неблагоприятных значений или по неблагоприятным значениям, соответствующим определенному среднему периоду их повторений.
Расчетные нагрузки. Их значения при расчете конструкций на прочность и устойчивость определяют умножением нормативной нагрузки на коэффициент надежности по нагрузке γ
f
, обычно больше, чем единица, на- пример g=g n
γ
f
. Коэффициент надежности при действии веса бетонных и железобетонных конструкций γ
f
= 1,1; веса конструкций из бетонов на легких заполнителях (со средней плотностью 1600 кг/м3 и менее) и различных стяжек, засыпок, утеплителей, выполняемых в заводских условиях γ
f
=1,2 и на монтаже
γ
f
=1,3; различных временных нагрузок в зависимости от их значения — при полном нормативном значении менее 2,0 кПа γ
f
= l,3, при полном нормативном значении 2,0 кПа и более γ
f
=1,2. Коэффициент надежности при действии веса конструкций, применяемый в расчете на устойчивость положения против всплытия, опрокидывания и скольжения, а также в других случаях, когда уменьшение массы ухудшает условия работы конструкции, принят γ
f
=0,9. При расчете конструкций на стадии возведения расчетные кратковременные нагрузки умножают на коэффициент 0,8. При расчете конструкций по деформациям к перемещениям (по второй группе предельных состояний) расчетные нагрузки принимают равными нормативным значениям с коэффициентом γ
f
=1.
Сочетание нагрузок. Конструкции должны быть рассчитаны на различные сочетания нагрузок или соответствующие им усилия, если расчет ведут по схеме неупругого состояния. В зависимости от, состава учитываемых нагрузок различают: основные сочетания, включающие постоянные, длительные и кратковременные нагрузки или усилия от них; особые сочетания, включающие постоянные, длительные, возможные кратковременные и одна из особых нагрузки или усилия от них,
В основных сочетаниях при учете не менее двух временных нагрузок их расчетные значения (или соответствующих им усилий) умножают на коэффициенты сочетания равные: для длительных нагрузок
ψ
1
=0,95; для кратковременных ψ
2
=0,9. При учете же одной временной нагрузки ψ
1
= ψ
2
=1.
Нормами допускается при учете трех и более кратковременных нагрузок их расчетные значения умножать на коэффициенты сочетаний: ψ
2
=1 — для первой по степени важности кратковременной нагрузки; ψ
2
=0,8 — для второй; ψ
2
=0,6— для остальных. В особых сочетаниях для длительных нагрузок
ψ
1
=0,95, для