Методы расчета строительных конструкций

Контрольная работа

1. Особенности работы железобетонных конструкций

Любая задача расчета конструкций имеет три стороны: статическую (или динамическую), геометрическую и физическую.

Статическая, Геометрические, Физические

2. Метод расчета по допускаемым напряжениям

Применялся в нашей стране до 1938 г. Согласно этому методу бетон рассматривался как упругий материал. В основу расчетных зависимостей были положены закон Гука, гипотеза плоских сечений. Вместо действительного железобетонного сечения в расчет вводилось приведенное бетонное сечение, в котором арматура заменялась эквивалентным по прочности количеством бетона. Сопротивлением бетона растянутой зоны пренебрегали. В результате расчета определялись напряжения в бетоне и арматуре от эксплуатационных нагрузок, которые не должны были превосходить допускаемые. Последние назначались как доля от предела прочности sadm=R/g , где g — обобщенный коэффициент запаса.

Однако на основании многочисленных опытов было установлено, что этот метод, не учитывающий пластические свойства железобетона, обладал рядом серьезных недостатков: не позволял определять действительные напряжения, находить разрушающую нагрузку и т.д.

Таким образом, практика заставила исследователей искать теоретические основы, отражающие действительную работу железобетонных элементов.

3. Расчет сечений по разрушающим нагрузкам

В результате обширных исследований, проведенных советскими учеными (А.Ф. Лолейт, А.А. Гвоздев и др.), в начале 30-х годов был разработан метод, учитывающий упругопластические свойства железобетона, который был включен в нормы проектирования железобетонных конструкции в 1938 г.

В основу метода расчета сечений по разрушающим нагрузкам

Общим недостатком обоих рассмотренных выше методов являлось использование единого коэффициента запаса, лишь весьма приближенно учитывающего многообразие факторов, влияющих на работу конструкции. Кроме того, метод расчета по разрушающим нагрузкам, позволяя достоверно определять прочность конструкции, не давал возможности оценить ее работу на стадиях, предшествующих разрушению, в частности при эксплуатационных нагрузках. Впрочем, до определенного периода практика и не ставила перед исследователями такой задачи. Это объясняется тем, что применялись сталь и бетон относительно низкой прочности, конструкции имели развитые сечения, прогибы и трещины в бетоне от эксплуатационных нагрузок были невелики и не препятствовали нормальной работе конструкций. С появлением бетона и арматуры более высокой прочности сечения уменьшались, снижалась и их жесткость, в результате чего прогибы конструкций от фактических нагрузок оказывались значительными, создавая в ряде случаев препятствия нормальной эксплуатации. Кроме того, более существенную роль стал играть фактор раскрытия трещин, вызывающий коррозию стали, к которой высокопрочная арматура особенно чувствительна. Последние два обстоятельства наряду с отмеченными выше недостатками существовавших методов потребовали дальнейшего совершенствования методики расчета железобетонных конструкций.

9 стр., 4309 слов

Расчет и конструирование железобетонной балки монолитного перекрытия

... - 0,07/2)=483,56кНм М max =109,4<Mu x=hf =483,56 Следовательно, 1й случай расчёта таврового сечения. 3.5 Расчёт на прочность в нормальном сечении Рабоч. арматура A s -A-300 Rs = 270 ... Следовательно, прочность наклонной сжатой полосы достаточна. Определение мест возможного обрыва рабочей арматуры /Построение эпюры материала/ В балке установлена рабочая арматура А S , в соответствии с расчётом по ...

4. Расчет сечений по предельным состояниям

С 1955 г. расчет железобетонных конструкций производится по методу предельных состояний.

Под предельным понимают такое состояние конструкции, после достижения которого дальнейшая эксплуатация становится невозможной вследствие потери способности сопротивляться внешним нагрузкам или получения недопустимых перемещений или местных повреждений.

В соответствии с этим установлены две предельных состояний, группы предельных состояний">группы предельных состояний: первая — по несущей способности; вторая — по пригодности к нормальной эксплуатации.

Расчет по первой, группе предельных состояний, Расчет по второй группе предельных состояний

Расчет по первой группе предельных состояний является основным и используется при подборе сечений. Расчет по второй группе производится для тех конструкций, которые, будучи прочными, теряют свои эксплуатационные качества вследствие чрезмерных прогибов (балки больших пролетов при относительно малой нагрузке), образования трещин (резервуары, напорные трубопроводы) или чрезмерного раскрытия трещин, приводящего к преждевременной коррозии арматуры.

Нагрузки, действующие па конструкцию, и прочностные характеристики материалов, из которых конструкция изготовлена, обладают изменчивостью и могут отличаться от средних значений.

Поэтому для обеспечения того, чтобы за время нормальной эксплуатации сооружения не наступило ни одного из предельных состояний, вводится система расчетных коэффициентов, учитывающих возможные отклонения (в неблагоприятную сторону) различных (факторов, влияющих на надежную работу конструкции:

  • коэффициенты надежности по нагрузке gf, учитывающие изменчивость нагрузок или воздействий;
  • коэффициенты надежности по бетону gb и арматуре gs, учитывающие изменчивость их прочностных свойств;
  • коэффициенты надежности по назначению конструкции gn, учитывающие степень ответственности и капитальности зданий и сооружений;
  • коэффициенты условий работы gbi и gsi, позволяющие оценить некоторые особенности работы материалов и конструкций в целом, которые не могут быть отражены в расчетах прямым путем.

Расчетные коэффициенты устанавливают на основе вероятностно-статистических методов. Они обеспечивают требуемую надежность работы конструкций для всех стадий: изготовления, транспортирования, возведения и эксплуатации.

35 стр., 17078 слов

Расчет ограждающих и несущих конструкций кровли

... предельный прогиб прогона, полученный по интерполяции значений табл.19 СНиП 2.01.07-85*: при пролётах при пролёте при пролёте Запас по прочности составляет 6.8%. 2. Пример расчета ограждающих и несущих конструкций ... состояни ю . Проверка прогона на прочность. Расчетная нагрузка и изгибающий момент при 5 Расчет по второму предельному состоянию . Проверка прогона на прогиб. Относительный прогиб прогона ...

основная идея метода расчета по предельным состояниям

5. Нагрузки и воздействия

При проектировании следует учитывать нагрузки, возникающие при возведении и эксплуатации сооружений, а также при изготовлении, хранении и перевозке строительных конструкций.

В расчетах используют нормативные и расчетные значения нагрузок. Установленные нормами наибольшие значения нагрузок, которые могут действовать на конструкцию при ее нормальной эксплуатации, называют нормативными. Фактическая нагрузка в силу разных обстоятельств может отличаться от нормативной в большую или меньшую сторону. Это отклонение учитывается коэффициентом надежности по нагрузке.

Расчет конструкции производится на расчетные нагрузки

q=qngf,

где qn — нормативная нагрузка; gf — коэффициент надежности по нагрузке, соответствующий рассматриваемому предельному состоянию. При расчете по первой группе предельных состояний gf принимают:

для постоянных нагрузок gf = 1,1…1,3;

временных gf =1,2…1,6, при расчете на устойчивость положения (опрокидывание, скольжение, всплытие), когда уменьшение веса конструкции ухудшает условия ее работы, принимают gf < 1.

Расчет конструкций по второй группе предельных состояний, учитывая меньшую опасность их наступления, производят на расчетные нагрузки при gf =1. Исключение составляют конструкции, относящиеся к I категории трещиностойкости, для которых gf >l.

постоянными

постоянным

временным

В тех случаях, когда требуется учитывать влияние длительности действия нагрузок на деформации и образование трещин, к длительным нагрузкам относится часть кратковременных.

длительным

кратковременным

Особые нагрузки возникают при сейсмических, взрывных или аварийных воздействиях.

Здания и сооружения подвергаются одновременному действию различных нагрузок, поэтому расчет их должен выполняться с учетом наиболее неблагоприятного сочетания этих нагрузок или усилий, вызванных ими. В зависимости от состава учитываемых нагрузок различают:

основные сочетания

особые сочетания

Временные нагрузки включаются в сочетания как длительные — при учете пониженного нормативного значения, как кратковременные — при учете полного нормативного значения.

Вероятность одновременного появления наибольших нагрузок или усилий учитывается коэффициентами сочетаний y 1 и y2 . Если в основное сочетание включается постоянная и только одна временная нагрузка (длительная и кратковременная), то коэффициенты сочетаний принимают равными 1, при учете двух и более временных нагрузок последние умножают на y1 =0,95 при длительных нагрузках и y1 =0,9 при кратковременных, так как считается маловероятным, чтобы они одновременно достигали наибольших расчетных значений.

При расчете конструкций на особое сочетание нагрузок, включающих взрывные воздействия, допускается не учитывать кратковременные нагрузки.

Значения расчетных нагрузок должны умножаться также на коэффициент надежности по назначению конструкции, учитывающий степень ответственности и капитальности здании и сооружений. Для сооружений I класса (объектов особо важного народнохозяйственного значения) g n =1, для сооружении II класса (важные народнохозяйственные объекты) gn =0,95, для сооружений III класса (имеющих ограниченное народнохозяйственное значение) gn =0,9, для временных сооружении со сроком службы до 5 лет gn =0,8.

6 стр., 2836 слов

Физиологические механизмы газотранспортной системы крови при ...

... артериовенозная разность по кислороду и коэффицент использования кислорода. Рост кислородного долга при передвижении спортсменов на средние и длинные дистанции ... потребление его тканями. Примерно 25 % кислорода экстрагируется из артериальной крови тканями и остальной кислород возвращается к сердцу в составе смешанной венозной крови. Функциональные изменения в организме при физических нагрузках ...

6. Основы методики расчета конструкций по предельным состояниям

статический напряжение сечение строительный

Общая характеристика предельных состояний

Цель расчета строительных конструкций — обеспечить заданные условия эксплуатации 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 обеспеченностью наступления предельных состояний при эксплуатации в течение всего заданного срока службы конструкции здания или сооружения, а также при производстве работ.

Под предельными состояниями подразумевают 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

второй группы

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 второй группы относятся состояния, затрудняющие нормальную эксплуатацию 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.

14 стр., 6849 слов

Металлические конструкции

... расчётом на максимальные (расчётные) нагрузки и воздействия, возможных наиболее при нарушении нормальной эксплуатации, предельные состояния второй группы - на эксплуатационные (нормативные) нагрузки и воздействие, отвечающие нормальной эксплуатации конструкций. 2. Достоинства и недостатки ...

Это условие для первой группы предельных состояний по несущей способности может быть записано в общем виде N?Ф, (3.2)

где N — усилие, действующее в рассчитываемом элементе конструкции (функция нагрузок и других воздействий); Ф-предельное усилие, которое может воспринять рассчитываемый элемент (функция физико-механических свойств материала, условий работы и размеров элементов).

Предельные состояния первой группы, ведущие к полному прекращению эксплуатации и (или) обрушению конструкций, не должны быть нарушены ни разу за весь срок службы сооружения, т.е. усилие N следует рассматривать как максимальное за весь период эксплуатации, а несущую способность элемента Ф — как минимально возможную.

Для второй группы предельных состояний, связанных, как правило, с перемещениями, также можно записать предельное неравенство: ѓ = [ѓ], (3.3)

где ѓ — перемещение конструкции (функция нагрузок): [ѓ] — предельное перемещение, допустимое по условиям эксплуатации (функция конструкции и ее назначения).

Предельные состояния второй группы, ведущие к нарушению нормальной эксплуатации, можно рассматривать как более мягкие. Поэтому расчет по второй группе предельных состояний следует выполнять на нагрузки, возникающие в процессе нормальной эксплуатации, без учета экстремальных ситуаций, приводящих к превышению этих нагрузок.

В общем случае работа конструкций и переход их в предельное состояние зависят от нагрузок, свойств материала и условий работы. Рассмотрим раздельно учет этих факторов при расчете конструкции по предельным состояниям.

Нагрузки и воздействия

В процессе эксплуатации конструкции подвергаются различным нагрузкам и воздействиям.

Работа конструкции, а следовательно, и особенности ее расчета во многом зависят от природы, характера и продолжительности воздействий. Так, при взрыве следует учитывать влияние скорости нагружения на свойства материала; при воздействии низких температур — повышенную опасность хрупкого разрушения; при продолжительном воздействии — ползучесть материала.

Классификация нагрузок и воздействий.

  • нагрузки от собственного веса конструкций;
  • технологические нагрузки (вес оборудования, складируемых материалов, людей, давление жидкостей, газов, сыпучих материалов и т.д.);
  • атмосферные нагрузки (снег, ветер, гололед);
  • температурные (технологические и климатические) воздействия;
  • монтажные нагрузки;
  • сейсмические и взрывные воздействия;
  • аварийные нагрузки, возникающие при резком нарушении технологического процесса, поломках оборудования, обрывах проводов линий электропередачи и т.д.

Все эти нагрузки и воздействия вызывают в конструкциях усилия и перемещения и могут быть отнесены к прямым воздействиям. Кроме них на конструкции могут влиять биологические (гниение), химические (коррозия), радиационные и другие воздействия. Эти воздействия приводят к изменению свойств материала (снижению ударной вязкости при радиационном воздействии), меняют параметры работы элементов (уменьшение толщины элементов, повышение концентрации напряжений при коррозии) и в итоге влияют на несущую способность и долговечность конструкций. Такие воздействия называют косвенными.

13 стр., 6036 слов

Техническая эксплуатация и надёжность судового дизельного двигателя

... время t неработоспособность поиск дефектов ремонт 3. Назначение и принцип действия судового дизеля При работе двигателя в цилиндрах ... транспортных средств или своим ходом. В инструкции по эксплуатации оговаривается способ транспортирования и вид транспортных средств: железнодорожный, ... на объект подаются все необходимые для работы воздействия, и тестовое, при котором состояние объектов определяется по ...

Под характером воздействия будем понимать скорость и частоту приложения нагрузок. По этому признаку нагрузки подразделяют на статические, динамические и переменные многократно повторяющиеся.

статических нагрузках

динамических нагрузках

переменных многократно повторяющихся нагрузок

продолжительности действия

Постоянными нагрузками, Длительными нагрузками, Кратковременными нагрузками, Особые нагрузки

Нормативные и расчетные нагрузки.

Основные положения по расчету устанавливают два значения нагрузок: нормативные и расчетные.

нормативными.

Возможное отклонение нагрузок в неблагоприятную (большую пли меньшую) сторону от их нормативных значений как вследствие естественной изменчивости нагрузок, так и отступлений от условий нормальной эксплуатации учитывается коэффициентом надежности по нагрузке г ѓ . Значение этого коэффициента зависит от характера нагрузки и степени ее изменчивости. Так, нагрузки от собственного веса металлических конструкции могут отклоняться от нормативной в достаточно узких пределах (за счет допусков на размеры сечении, точности резки и т.п.), поэтому для этой нагрузки гѓ = 1,05. Снеговая же нагрузка меняется в весьма широких пределах и для нее коэффициент надежности по нагрузке достигает 1,6.

Значения коэффициентов надежности но нагрузке определяют на основании статистической обработки результатов наблюдений, экспериментальных исследований или устанавливают на основании опыта проектирования.

Умножая нормативные значения нагрузок на коэффициенты надежности по нагрузке, получают, i>расчетные нагрузки

статический напряжение сечение строительный

F = F n г ѓ ; q = qsub>nг ѓ ,

где F n , qn — нормативные нагрузки.

Расчетные нагрузки представляют собой наибольшие в вероятностном смысле нагрузки и воздействия за время эксплуатации сооружения и имеют высокую обеспеченность. Для большинства расчетных нагрузок обеспеченность превышает 0,99.

Следует подчеркнуть, что коэффициенты надежности по нагрузке учитывают только изменчивость нагрузки и возможность превышения ею нормативных значений. Они не учитывают динамического характера нагрузки или перспективного возрастания нагрузки со временем, например при модернизации производства и смене оборудования. Эти факторы при необходимости учитывают отдельно.

Сочетания нагрузок.

основные сочетания,

особые сочетания,

Расчет удобно проводить на каждую нагрузку отдельно, а затем определять наиболее неблагоприятное сочетаний усилий. Если в основное сочетание входит одна временная нагрузка, ее принимают без снижения. При двух и более временных нагрузках основного сочетания их умножают на коэффициент сочетания ш , учитывающий малую вероятность совместного действия расчетных значений. Для временных длительных нагрузок ш1 = 0,95, для кратковременных ш2 = 0,9. В особых сочетаниях ш1 = 0,95, ш1 = 0,8. при этом особую нагрузку принимают без снижения. Для сейсмических районов значения коэффициентов сочетаний установлены в специальных нормах.

6 стр., 2543 слов

Надежность электроснабжения и группы потребителей. Системы бесперебойного ...

... учетом всех правил, специфических для этого вида. 1. Надежность электроснабжения и группы потребителей 1.1 Надежность электроснабжения надежными, В производственных системах, в том числе электроэнергетике, ... возможны и в нормальных условиях работы из-за: превышения фактических электрических нагрузок расчетных значений; дефектов, возникших при изготовлении опор, проводов, изоляторов; неправильного ...