Развитие методов расчета ж. б.

Развитие методов расчета ж. б. конструкций Классический метод расчета по допускаемым напряжениям Л Поскольку железобетон в явном виде был изобретен больше столетия назад, то специальные методы расчета до 1930 х годов отсутствовали. Поэтому расчет ж. б. е конструкций осуществлялся также, как и расчет любых других конструкций : рассматривалась только упругая работа с некоторыми особенностями материаловедения. В то время существовал классический метод расчета по к допускаемым напряжениям. Суть его заключалась в том, что для стадии эксплуатации определялись напряжения, возникающие в бетоне и арматуре, а для надежной работы ц конструкции, эти напряжения не должны были превышать допускаемые. Т. е. σb≤[σb], σs≤[σs], причем [σb]=Rb/k; где к – коэффициент запаса. Для упрощения расчетов использовались приведенные сечения. Например для и центрально-нагруженного элемента: N=A[σ ]+A [σ ] – максимальная допускаемая нагрузка на элемент; b s s σ=ε·E – закон Гука; я n=Es/Eb – коэффициент приведения; N=A · [σ b ]+ n·A s ·[ σ b ] - максимально допускаемая нагрузка на элемент по приведенному сечению. 6 N=(A+n·As)·[σb]

Развитие методов расчета ж. б. конструкций Классический метод расчета по допускаемым напряжениям Л е Для однородного упруго работающего материала такой метод расчета давал полную к ясность с каким запасом работает конструкция. Недостатки классического метода: ц ü Бетон рассматривается как упругий материал, без учета усадки, ползучести, деградационных процессов. ü Нет реального представления о запасе прочности, который меняется в процессе и эксплуатации (в силу переменного модуля упругости бетона). ü Для данного расчета необходимо знать напряжения внутри материала, определить которые бывает затруднительно. я 6

Развитие методов расчета ж. б. конструкций Гипотеза о предельном равновесии Л В 1933 году Артур Фердинандович Лоллейт выдвинул гипотезу предельного равновесия. Постулаты гипотезы предельного равновесия: е 1. Перед разрушением сечение железобетонных конструкций находится в равновесии. к 2. Перед разрушением материал конструкции находится в предельном состоянии: ц Σх=0; Rb·b·x=Rs·As ΣM=0; M- Rb·b·x(h 0 -x/2) =0 или M-Rs·As·(h 0 -x/2)=0 и 3. Напряжения в бетоне растянутой зоны принимают равными нулю. я Гипотеза предельного равновесия: Разрушение железобетонных нормально армированных 6 конструкций происходит, как правило, при достижении предельных значений прочности как бетона, так и арматуры.

Развитие методов расчета ж. б. конструкций Метод расчета по разрушающим (предельным) нагрузкам Л Метод расчета по разрушающим нагрузкам основывается на гипотезе предельного равновесия. Суть метода заключается в том, что сначала определяют максимальную или е предельную нагрузку на конструкцию, а затем применяют к ней коэффициент запаса. Т. е. сначала определяется Nmax , а эксплуатационная нагрузка составляет Nmax/k, где к – коэффициент запаса. к Например, для центрально сжатой колонны: Nразр=Rb·A+Rs·As – разрушающая нагрузка на элемент; ц Nэкспл=Nразр/k – эксплуатационная нагрузка. и Преимущества: ü Простота представления разрушающего усилия. ü Четкое знание коэффициента запаса для данной нагрузки в конструкции. я Недостатки: ü Неясность в применении высокопрочных сталей. ü Не учитываются колебания нагрузки и характеристики материала, которые носят 6 вероятностный характер. ü Не рассматривается эксплуатационная надежность сооружения (возможность ü Нормальной эксплуатации).

Развитие методов расчета ж. б. конструкций Метод расчета по предельным состояниям Л Этот метод был введен в СССР в качестве руководящего принципа расчетов е строительных конструкций с 1 января 1955 г. В дальнейшем метод распространился по всему миру и был положен в основу стандартов ИСО и Еврокода, где получил название “метод частных коэффициентов к надежности”. Два названия метода “предельных состояний” и “частных коэффициентов надежности” отражают наиболее существенные стороны метода, при этом каждая из них имеет ц определенную независимость. Если рассматривать метод с точки зрения использования предельных состояний, то следует учесть, что в основе лежит идея отказа от детального анализа всех состояний и конструкции, кроме предельных, для которых и формулируются расчетные требования к сооружению. я Например, приняв за предельное состояние условие прочности, и запроектировав конструкцию таким образом, чтобы с достаточной степенью вероятности можно было говорить о том, что она не разрушится в течении всего срока службы, мы ничего не 6 можем сказать об уровнях напряжений в ней при обычных (не предельных) условиях эксплуатации.

Развитие методов расчета ж. б. конструкций Метод расчета по предельным состояниям Л Метод с точки зрения предельных состояний. е С этой точки зрения почти равноправными могут оказаться конструкция плотины, обычный уровень загружения которой не очень далек от предельного (например 80% от расчетного), и конструкция дымовой трубы, к обычный уровень загружения которой примерно 15% от расчетного значения. На первый взгляд о равноправии не может идти речи. Однако в идее метода предельного равновесия предполагается одинаковая ц вероятность нарушения предельного условия в обоих случаях – и исчерпание 20% запаса в случае плотины, и исчерпание 85% запаса в случае трубы. и я 6

Развитие методов расчета ж. б. конструкций Метод расчета по предельным состояниям Л Метод с точки зрения частных коэффициентов надежности. е С этой точки зрения можно сказать о том, что вместо одного общего коэффициента запаса используется произведение нескольких (частных) коэффициентов, каждый из которых связан с определенной стороной проблемы безопасности: характером нагрузки, к свойствами материала, степенью ответственности объекта и т. д. Именно детализация в применении комбинации частных коэффициентов надежности обеспечивает равную вероятность реализации предельного состояния двух сооружений, ц обычное состояние которых резко отличается степенью близости к предельному. Данная точка зрения чаще присутствует в описании метода, и переход от единого и коэффициента запаса к нескольким считается главным отличием метода предельных состояний от применявшегося до него метода расчета по допускаемым напряжениям. В этом смысле прижившееся в отечественной литературе название “метод предельного я равновесия” не выполняет своей роли, а наиболее распространенная трактовка метода, скорее может быть отнесена к названию “метод частных коэффициентов надежности”, применяемых за рубежом. 6

Развитие методов расчета ж. б. конструкций Метод расчета по предельным состояниям Л Предельные состояния. Предельное состояние – это состояние конструкции, при наступлении которого е конструкция перестает удовлетворять предъявленным к ней требованиям, т. е. теряет способность сопротивляться внешним нагрузкам и воздействиям или получает недопустимые значения деформаций или ширины раскрытия трещин. к 1 -ое предельное состояние должно обеспечить прочность, устойчивость, выносливость ц конструкций. 2 -ое предельное состояние служит для предотвращения образования и чрезмерного раскрытия трещин (если те предусмотрены по условиям эксплуатации), а также и чрезмерных перемещений (прогибов, углов поворота). Между 2 группами предельных состояний есть качественная разница: я - 1 группа защищает от обрушения; - 2 группа отвечает за комфортность эксплуатации. Для 2 -й группы предельных состояний есть 3 основных вида ограничений по 6 деформациям: - Конструктивные (деформации не должны мешать другим конструкциям); - Технологические (не должны мешать работе оборудования);

Развитие методов расчета ж. б. конструкций Метод расчета по предельным состояниям Л е Коэффициенты запаса (частные коэффициенты надежности). С учетом возможной изменчивости нагрузок в большую сторону, а прочностных характеристик – в меньшую, расчетная несущая способность элемента определяется с к использованием системы коэффициентов надежности и условий работы. 1. Коэффициенты надежности по нагрузке γf – принимаются в зависимости от статистической изменчивости нагрузки, ее вида, предельного состояния (0. 9≤ γf ≤ 1, 4). ц 2. Коэффициенты надежности по бетону γb – принимают в зависимости от вида бетона и вида напряженного состояния (0. 9≤ γf ≤ 1, 4 ). и 3. Коэффициент надежности по арматуре γs – принимают в зависимости от класса арматуры и группы предельных состояний (1≤ γs ≤ 1, 2 ). 4. Коэффициенты условий работы бетона γbi – учитывают особенности свойств бетона, я характер загружения конструкции, условия эксплуатации и т. д. (0, 45≤ γs ≤ 1, 35). 5. Коэффициенты условий работы арматуры γsi – принимается в зависимости от вида арматуры, ее назначения и условий применения, характера загружения конструкции и 6 т. д. (0, 19≤ γsi ≤ 1).

Развитие методов расчета ж. б. конструкций Метод расчета по предельным состояниям Л Нормативные и расчетные сопротивления бетона и арматуры. Нормативное сопротивление бетона сжатию Rbn - это призменная прочность с е обеспеченностью 0, 95. Нормативное сопротивление арматуры растяжению Rsn - это физический или условный к предел текучести с обеспеченностью 0, 95. Строительные конструкции должны обладать запасом несущей способности, который ц предохраняет их от неприятных случайностей и обеспечивает долговечность. Поэтому в расчетах по прочности используют не нормативные, а более низкие – расчетные сопротивления материалов - взятые с запасом по отношению к нормативным. и Rb= Rbn/γb - расчетное сопротивление бетона сжатию; Rs= Rsn/γs – расчетное сопротивление арматуры растяжению; я Значение γ тем больше, чем больший разброс прочности у материала. Если у конструкции в процессе эксплуатации чрезмерно раскрылись трещины или 6 прогибы превысили допустимые значения, то в большинстве случаев последствия этого не столь опасны как при обрушении. Поэтому в расчетах по 2 -ой группе предельных состояний в основном используют нормативные сопротивления Rbn , Rsn.

Развитие методов расчета ж. б. конструкций Метод расчета по предельным состояниям Л В рамках 2 -ой группы предельных состояний к конструкциям предъявляются требования по трещиностойкости. е 1 -ая категория трещиностойкости - трещины не допускаются (резервуары, газгольдеры, бассейны и т. д. ); к 2 -ая категория – допускается ограниченное раскрытие трещин, т. е. трещины допускаются при кратковременной нагрузке с определенной шириной раскрытия. При снятии кратковременной нагрузки трещины должны закрыться. ц 3 -я категория - трещины с шириной раскрытия до (0, 3 – 0, 4)мм допускаются как при кратковременном, так и при длительном загружении конструкции. К таким конструкциям относится большинство: перекрытия жилых и общественных зданий, многие и производственные сооружения, т. е. там, где длительное раскрытие трещин не приводит к коррозии арматуры. я Сущность метода расчета по предельным состояниям заключается в том, что максимальное усилие в сечении при неблагоприятных обстоятельствах изменчивости 6 нагрузки в большую сторону не должно превышать предельную (минимальную) несущую способность сечения, определенную при наименьших возможных значениях прочностных характеристик материала.

Развитие методов расчета ж. б. конструкций Метод расчета по предельным состояниям Л Классификация нагрузок При общих прочностных расчетах, корректнее говорить не об нагрузках, а об е воздействиях на сооружение. В первом приближении воздействия условно можно разделить на внешние и внутренние, а с другой стороны – на силовые и кинематические. к Характер Силовые Кинематические ц воздействия Внешние воздействия Нагрузки воздействия Неравномерная и воздействия Внутренние осадка Предварительно Температурные я воздействия е напряжение перемещения Однако следует учесть, данная классификация не учитывает специфических 6 особенностей взаимодействия сооружения с окружающей средой (коррозия, химическое взаимодействие, выкрашивание и т. д. ). Например грунтовые воды могут быть агрессивны к бетону фундамента.

Развитие методов расчета ж. б. конструкций Метод расчета по предельным состояниям Л Классификация нагрузок Силовые нагрузки и воздействия (в дальнейшем нагрузки) более подробно е классифицируются следующим образом: к Постоянные ц Нагрузки Нормативные Временные Длительные и Расчетные Кратковременные Особые я 6