RUS| UKR

Методи розрахунків будівельних конструкцій



Зміст


Розрахунок будівельних металоконструкцій при проектуванні

При проектуванні будівельних конструкцій до теперішнього часу застосовувалися два основні методи розрахунків. З кінця дев'ятнадцятого до п'ятдесятих-шістдесятих років двадцятого століття використовувався метод напруг, що допускаються. Залишаючи осторонь деформаційні розрахунки, суть методу полягає в наступному:
σ [σ]
де
σ - максимальне зусилля в конструкції або її елементі на всіх стадіях реалізації, обумовлене методами будівельної механіки від дії зовнішніх впливів; при цьому поняття "навантаження" чіткого визначення не мала;
[σ] - максимальна напруга, яке здатний витримати матеріал і обумовлене по формулі:
[σ]=σт/kз
де
σт - якась середня величина, прийнята для сталі рівною 2100 кг/див2; при цьому сталь не диференціювалася по міцністьним характеристикам. При проектуванні в розрахунки ухвалювалися способи виготовлення сталі й деякі інші характеристики як якісні параметри;
kз - коефіцієнт запасу міцності, прийнятий залежно від ступеня відповідальності спорудження й для переважної більшості конструкцій рівний 1,36. Як правило, [σ] ухвалювалося рівним 1600 кг/див2 практично для будь-яких конструкцій, крім особливо відповідальних.
Дана методика з'явилася кроком уперед у порівнянні з несистематизованими розрахунками конструкцій внаслідок своєї простоти й достатньої ефективності при проектуванні металевих конструкцій, умови, експлуатації яких не ухвалювалися в увага.

З розвитком будівельних конструкцій така методика, що зрівнює конструкції від досить тяжких умов до легкого режиму одним коефіцієнтом, стала гальмом подальшого розвитку, як конструктивних форм, так і матеріалів будівельних конструкцій. На зміну їй в 50-х. роках прийшов метод граничних станів сутність, якої в першому граничному стані визначається нерівністю:
N Ф
де
N - розрахункове зусилля в конструкції або її елементі від суми впливу розрахункових навантажень в найбільш невигідної комбінації;

Ф - несуча здатність, тобто максимальне зусилля, яке здатне витримати конструкція або її елемент.
Фундаментальним у методиці розрахунків по граничних станах є поняття про нормативні й розрахункові величинах. При обчисленні N основним є визначення розрахункового навантаження F:
F = Fn×ϒf
де
Fn - нормативне навантаження, зафіксована в нормах, що й носить імовірнісний характер без обліку конкретних умов експлуатації;
Fn відбиває вистави про можливі класи явищ і є гарантованої величиною з тієї або іншою ймовірністю не перевищення;
ϒf - коефіцієнт надійності по навантаженню, що відбиває можливі несприятливі відхилення, обумовлені імовірнісним характером нормативного навантаження
При обчисленні Ф уводиться нормативний опір Rn, обумовлене по результатам випробувань зразків металу на металургійних заводах. У процесі випробувань перебувають границя текучості σт і тимчасовий опір розриву σв; відповідної статистичною обробкою визначаються значення Ryn по σт і Run по σв. Розрахункові опори обчислюються:
R = Rn×/ ϒm
де
ϒm - коефіцієнт безпеки по матеріалу, що враховує невизначеності властивостей матеріалу й геометричних характеристик прокату.
У розгорнутому виді формулу можна записати як
N( Σ Fni ϒfi ψi / ϒn, Λ, Ω ) R n / ϒm Ф( Ω, Λ )ϒc
де
N( ) - функція переходу від зовнішніх впливів і геометрії конструкції до внутрішніх зусиль, звичайно для цього використовуються спрощені методи розрахунків у лінійній постановці;
Λ - характеристики, що описують загальну геометрію конструкцій за значеннями, зазначеним у робітників кресленнях;
Ω - номінальні геометричні характеристики перетинів, які визначаються на підставі розрахунків або беруться із сортаменту;
ψ - коефіцієнт комбінації навантажень при наявності двох і більш тимчасові навантажень
Ф( ) - функція переходу від геометричних характеристик до несучої здатності;
для більшості розрахунків на міцність і стійкість Ф ( Ω, Λ ) = Ω;
більш складні залежності при перевірках стійкості положення, загальної стійкості конструкції й деяких інших;
ϒc - коефіцієнт умов роботи, що враховує ступінь важливості конструкції або її елемента, умовності розрахункової схеми й інші особливості роботи.


Розрахунки експлуатованих конструкцій

Застосування попередньої формули для існуючих металевих конструкцій за умови, що конструкції були запроектовані без невиправданих запасів, практично означає невиконання нерівності, тому що в процесі експлуатації Ω – знижується в результаті фізичного зношування, Λодержує різні відхилення від проекту, міцністьні характеристики знижуються і т.д. Крім того, при реконструкції можливе погіршення умов експлуатації конструкцій будинків і споруджень (підвищення експлуатаційних навантажень, зміна агресивності середовища і ін.). Слід також зазначити зміна норм із часом, найчастіше в сторону жорсткості вимог до напруженого стану конструкцій. У те ж час досвід експлуатації дозволяє говорити про безаварійну експлуатацію конструкцій у плині 50…100 років. По всій видимості формула, для умов експлуатації повинна бути записана у вигляді
Nэ Фэ Ф
де
Nэ - максимальне зусилля в конкретної конструкції або її елементі, обумовлене умовами експлуатації і одмінне від проектного в більшу або меншу сторону;
Фэ - фактична несуча здатність конструкції на даний період експлуатації.
Реалізація формули дозволяє перейти від напівімовірнісних методів при проектуванні нових конструкцій до детерміністическі-стохастическим моделям, що враховують конкретні стани конструкції (дефекти, ушкодження, геометрія конструкцій), розрахункові характеристики матеріалів, експлуатаційні навантаження. Досвід перевірочних розрахунків показує, що представляється можливим зменшити, іноді значно, величини навантажень, у порівнянні з розрахунковим навантаженням, підвищити розрахунковий опір, застосувати розрахункову схему конструкцій, відповідну до фактичної роботи й сприятливу уточненню розрахункових зусиль. Найбільші резерви можуть бути виявлені при розгляді конструкцій, запроектованих по методу, що допускаються напруг, тому що kз у комбінації із заниженим границею текучості для сталей в умовах важкого й легкого режиму робіт створювали різні запаси міцності.
Облік фактичної технології виробничих процесів дозволяє знизити кранові навантаження до 40 %. Дослідження атмосферних впливів, з обліком умов конкретної конфігурації й розташування об'єктів у більшості випадків дає можливість знизити вітрове й снігове навантаження на 5…25 %. Розрахункова схема може бути уточнена шляхом включення в роботу поперечних рам поздовжніх елементів каркаса (диска покрівлі, горизонтальному поздовжньому зв'язку намету, гальмових конструкцій і т.д.), поперечних елементів (торцевий фахверк), включення в роботу ліхтарів, облік поворотів фундаментів і т.д.
З обліком вищесказаного формулу можна записати в розгорнутому виді
Ne(Σ Feni ϒefi ψei / ϒn, Λe, Ωe ) Rm / ϒm Ф( Ωe, Λe ) ϒc
де
Nе( ) - функція переходу від зовнішніх впливів і геометрії конструкції до внутрішніх зусиль при перевірочних розрахунках;

Λе, Ωе - геометричні характеристики конструкцій, які визначаються на підставі натурних обстежень;
Fen - уточнена нормативна навантаження;
ϒef - коефіцієнт надійності по уточненому навантаженню;
ψe - уточнений коефіцієнт комбінацій навантажень;
Rm - розрахунковий опір стали по границі текучості, установлене на підставі уточнення характеристик матеріалу
Збереження методики розрахунків по граничних станах для існуючих конструкцій вимагає застосування фундаментальних понять нормативних і розрахункових величин. Для існуючих конструкцій міняється зміст нормативних величин і розрахункових коефіцієнтів.
Навантаження й впливу На відміну від проектування нових конструкцій, уточнення навантажень для існуючих визначається інформацією про технологічний процес (технологічні карти, план розміщення встаткування, характеристики встаткування і т.д.), про положення будинку й спорудження в умовах конкретної забудови, індивідуальними особливостями зовнішніх і внутрішніх впливів і т.д. Певна таким образом навантаження Fen може бути прирівняна до нормативної. Коефіцієнти надійності по навантаженню повинні визначатися аналізом інформації про навантаження. При цьому можуть бути застосовані імовірнісні інформаційні моделі. Однак, для використання різних імовірнісних моделей потрібне значна кількість статистичних даних. У цей час для конкретних споруджень такі дані відсутні. Тому на даному етапі, при розв'язку конкретних завдань коефіцієнт ϒef може бути визначений аналізом характеру навантажень і можливостей несприятливих відхилень.
Характеристики матеріалів Уточнення властивостей металу існуючих конструкцій і їх з'єднань проводиться для розв'язку наступних завдань:
1. Призначення розрахункових значень опорів Rm .
2. Перевірка службових властивостей сталі – холодостійкості, опору втомному руйнуванню й ін.
3. Одержання інформації про технологічних властивостях стали – зварюваності, можливості обробки різанням і ін.
Фактичні характеристики властивостей стали визначаються на підставі дослідження металу існуючих конструкцій прямими або непрямими методами. Шляхом обробки даних статистичними методами, певними в нормах, одержують нормативні значення. Призначення розрахункових характеристик може проводитися по формулах Снип II-23-81* уведенням коефіцієнтаϒm.
Геометричні характеристики можна розділити на дві групи:
1. Геометричні характеристики перетинів елементів конструкцій. Фактичні геометричні характеристики перетинів визначаються шляхом натурних обмірювань існуючих конструкцій. характеристики, що вводяться в розрахунки, Ωе повинні визначатися на основі статистичної обробки експериментальних даних для заданого рівня вірогідності.
2. Геометричні схеми конструкцій або спорудження в цілому. Геометричні схеми спорудження визначаються геодезичними методами й, залежно від конструктивної форми, у розрахунки вводяться середні значення або максимальні відхилення (Λе).
Особливою проблемою розрахунків існуючих конструкцій, особливо опори ЛЕП, портали ВРП та опори освітлення, є облік дефектів і ушкоджень. Залежно від виду ушкодження облік може вестися шляхом зміни геометричних характеристик Ωе і геометричних схем (Λе) для ушкоджень, що мають кількісні характеристики й для яких є способи введення в розрахунки зусиль або в перевірочні формули.
Способи визначення зусиль (Nе). При оцінці напружено-деформованого стану існуючих конструкцій випливає застосовувати більш точні способи розрахунків, що дозволяють виявити резерви несучої здатності конструкцій. До таких способів слід віднести МКЭ, з обліком фізичної й геометричної нелінійності. При цьому повинна бути використана уточнена розрахункова схема з урахуванням просторовості, нелінійних ефектів і т.буд.
Коефіцієнт умов роботи При проектуванні нових конструкцій ϒc ураховує невідповідність розрахункових схем і реальної роботи конструкцій. Для існуючих конструкцій необхідно враховувати невідповідність прийнятої при проектуванні розрахункової схеми реальним станам геометричних елементів, сполучень і т.д. Частина цих питань знімається при застосуванні уточнених способів розрахунків конструкцій. Однак повністю це не вирішує зазначену проблему. Досить повних статистичних даних для її розв'язку ні, і в даний момент може бути рекомендовані величини, що приводяться в СНІП, а також, у деяких випадках, експертне призначення величини ϒc.

ЧИТАЙТЕ ТАКОЖ:

Лінія гарячого цинкування

Гаряче цинкування


Технологічне обладнання

Устаткування для організації цехів гарячого цинкування.


Дізнайтесь більше
"Гаряче цинкування"

Лінія зварювання опор Ø2900

Зварювальна машина опор Ø2900

Роботизоване різання люка

Роботизоване різання люка

Лінія безшовних опор

Лінія безшовних опор

Динамічне балансування роторів у власних опорах

Урівноваження роторів, зниження вібраційної навантаженості опор, попередження передчасного зносу обладнання

Організація технічного обслуговування

Перевірка на технологічну точність

Наслідки несвоєчасного балансування