 |
Классификация нагрузок и их сочетаний
|
|
|
|
МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИИ (2 листа)
1. Предельные состояния и основы расчета. Классификация нагрузок и сочетание нагрузок.
Предельным называется состояние конструкции, при котором она перестает удовлетворять эксплуатационным требованиям. В соответствии с характером требований, предъявляемых к конструкции, различают первое и второе предельное состояния. Существует множество причин приводящих конструкцию в предельное состояние. Поэтому в нормах проектирования они фигурируют как группы предельных состояний.
Первая группа включает в себя потери несущей способности и полную непригодность конструкции к эксплуатации вследствие потери устойчивости, разрушения металла, качественного изменения конфигурации, чрезмерного развития пластических деформаций.
Вторая группа предельных состояний характеризуется затруднением нормальной эксплуатации сооружений или снижением долговечности вследствие появления недопустимых перемещений (прогибов, осадок опор, углов поворота, колебаний, трещин и т.п.).
Расчетные формулы для подбора сечений и проверки несущей способности конструкции по первому предельному состоянию исходят из основного неравенства
N ≤S (2.1)
где N – предельное наибольшее усилие в конструкции, вызываемое внешними воздействиями;
S – предельная несущая способность конструкции, зависящая от прочности материала, размеров поперечного сечения и условий работы конструкции.
В течение всего срока эксплуатации конструкции внешние воздействия могут меняться. Наибольшие их величины встречаются достаточно редко, поэтому наибольшие нагрузки предусмотрены нормативными документами. В
соответствии с этим в нормах проектирования различают расчетные величины воздействия F и нормативные Fn, которые связаны между собой коэффициентом надежности по нагрузке γ f, т.е. F = Fn ⋅ γ f.
|
|
|
Нормативные нагрузки определяются по СНиП 2.01.07-85 “Нагрузки и воздействия”.
Для определения расчетной нагрузки задаются обеспеченностью W (F0) = 0,999, т.е. допускается всего 0,1% случаев превышения этой нагрузки за весь период эксплуатации сооружения. Задавая достаточно высокую обеспеченность расчетной нагрузки, определяют ее значение, а следовательно, коэффициент надежности по нагрузке γ f = F/ Fn
Обычно на конструкции действует одновременно несколько видов нагрузок. Поэтому и суммарное воздействие всех расчетных нагрузок должно иметь статистическую изменчивость. Чем больше одновременно действующих нагрузок учитывается в расчете, тем меньше вероятность превышения их максимального суммарного воздействия.
В методике предельных состояний это учитывается коэффициентом сочетаний ψ ≤ 1, на который следует умножать каждую из суммируемых нагрузок. Согласно СНиП 2.01.07-85 значения коэффициентов сочетаний колеблются от 1 до 0,6 и менее для особых случаев.
Для таких сооружений как атомные электростанции, телевизионные башни, крытые спортивные и другие сооружения, имеющие особо важное значение (класс 1) вводится коэффициент надежности по ответственности γ n, который задается в пределах 0,95 до 1,2 для сооружений первого класса, для второго класса 0,95, для прочих 0,8 - 0,95.
Тогда левую часть неравенства (2.1) можно записать
m
N = γ n ∑ Fniγ fiψ iα i ≤ АRn γ c / γ m =S (2.2)
i −1
где α i - число влияния, т.е. усилие в конструктивном элементе от единичной внешней нагрузки;
m - число нагрузок, учитываемых одновременно в работе конструкции.
Правая часть неравенства (2.1) выражает предельную несущую способность конструкции, зависящую от сопротивляемости материалов внешним воздействиям (нагрузкам).
|
|
|
Кроме того, в расчет вводятся понятия нормативного сопротивления материала Rn и расчетного сопротивления R, которые связаны между собой коэффициентом надежности по материалу γ m соотношением R = Rn /γ m.
Нормативное сопротивление регламентируется СНиПом II-23-81* и соответствующими ГОСТами.
Классификация нагрузок и их сочетаний
При методике предельных состояний все нагрузки классифицированы в зависимости от вероятности их воздействия на нормативные и расчетные.
По признаку воздействия нагрузки разделяются на постоянные и временные. Последние могут быть длительного и кратковременного воздействия.
Кроме того, есть нагрузки, которые выделяются в разряд особых нагрузок и воздействий.
Постоянные нагрузки – собственный вес несущих и ограждающих конструкций, давление грунта, предварительное напряжение.
Временные длительные нагрузки – вес стационарного технологического оборудования, вес складируемых материалов в хранилищах, давление газов, жидкостей и сыпучих материалов в емкостях и т.д.
Кратковременные нагрузки – нормативные нагрузки от снега, ветра, подвижного подъемно-транспортного оборудования, массы людей, животных и т.п.
Особые нагрузки – сейсмические воздействия, взрывные воздействия. Нагрузки, возникающие в процессе монтажа конструкций. Нагрузки, связанные с поломкой технологического оборудования, воздействия, связанные с деформациями основания в связи с изменениями структуры грунта (просадочные грунты, осадка грунтов в карстовых районах и над подземными выработками).
Существует иногда термин “полезная нагрузка”. Полезной называют нагрузки, восприятие которых составляет цельное назначение сооружений, например, вес людей для пешеходного моста. Они бывают как временными, так
и постоянным, например, вес монументального выставочного сооружения является постоянной нагрузкой для постамента. Для фундамента вес всех вышележащих конструкций также представляет полезную нагрузку.
При действии на конструкцию нескольких видов нагрузок усилия в ней определяются как при самых неблагоприятных сочетаниях с использованием коэффициентов сочетаний ψ.
|
|
|
В СНиПе 2.01.07-85 “ Нагрузки и воздействия” различают: основные сочетания, состоящие из постоянных и временных нагрузок; особые сочетания, состоящие из постоянных, временных и одной из особых нагрузок.
При основном сочетании, включающем одну временную нагрузку, коэффициент сочетаний ψ = 1. При большем числе временных нагрузок, последние умножаются на коэффициент сочетаний ψ < 1.
В особых сочетаниях временные нагрузки учитываются с коэффициентом сочетаний ψ < 1, а особая нагрузка - с коэффициентом ψ = 1. Во всех видах сочетаний постоянная нагрузка имеет коэффициент ψ = 1.
|
|
|
