Системная надежность конструкций

Лекция 1

Расчет строительных конструкций производится для того, чтобы обеспечить без­опас­ность и надежность их эксплуатации при самом неблагоприятном сочетании нагрузок и наиболее экономичных размерах элементов. Задачей расчета является определение внутренних усилий, воз­никающих в эле­ментах конструкций при их работе под нагрузкой, и подбор сечений, т. е. опре­деление необходимых толщины стенки трубопровода, резервуара, размеров поперечного сечения элемента, требуемого ко­личества арматуры (для железобетон­ного элемента) и других величин, которые необходимы для составления рабочего чертежа конструкции. Расчету подлежат также элементы вспо­могательных конструкций, возводимых при производстве работ (подмо­сти, площадки). Если по производственным соображениям вно­сится изменение в проектное решение, то оно обосновывается расчетом.

Строительные конструкции рассчитывают по методу предельных со­стоя­ний, который гарантирует сохранение эксплуатационных качеств конструкции в течение установленного срока ее службы.

Конструкция может потерять свои эксплуатационные качества по одной из трех причин:

а) вследствие разрушения или потери устойчивости (конструкция теряет несущую способность);

б) вследствие чрезмерных деформаций (при сохранении несущей спо­собности);

в) вследствие образования трещин или чрезмерного их раскрытия.

В соответствии с этим установлены два расчетных предельных со­стояния: 1 - по прочности или устойчивости (по несущей способности), 2 -по деформациям, по образованию или раскрытию трещин.

Расчет по несущей способности (по первому расчетному предельно­му со­стоянию) должен быть выполнен для всех видов конструкций.

Расчет по деформациям (по второму расчетному предельному со­стоянию) производится только для тех конструкций, где чрезмерные де­формации могут привести к потере эксплуатационных качеств, в то время как прочность еще не исчерпана. Примером такой конструкции могут служить балки большого про­лета при относительно малой на­грузке. По условию прочности такая балка может иметь небольшое сечение, но тогда под нагрузкой она получит прогиб, превышающий предельный, и не сможет нормально эксплуатироваться. Сечение балки в этом случае определяется расчетом по деформациям.

Расчет по образованию или раскрытию трещин (по третьему рас­четному предельному состоянию) производится только для некоторых видов железобетонных конструкций. Так, резервуары, трубы и некото­рые другие конструкции могут потерять свои эксплуатационные качест­ва в результате образования трещин. Размеры сечений таких конструк­ций в ряде случаев определяются условием их трещино-стойкости. В элементах железобетонных конструкций, где образование трещин допускается, для обеспечения их долговечно­сти ширина раскрытия трещин не должна превышать установленных нормами пре­дельных значений.

Величины нагрузок, которые действуют на конструкцию в процессе ее эксплуатации, а также характеристики прочности материа­лов, из которых конструкция изготовлена, обладают определенной изменчивостью и могут отличаться от установленных нормами значений.

Это учитывается при расчете следую­щими коэффициентами:

1) коэффициентами перегрузки п, вво­димыми на величину действующих нагрузок;

2) коэффициентами однородности k, вводимыми на величину харак­теристик прочности материалов;

3) коэффициентами условий работы m, дающими возможность оценить некоторые особенности работы материалов, а также конструк­ций в целом, которые не могут быть отражены в расчетах прямым путем.

Величины коэффициентов перегрузки п>1 установлены для каж­дого вида нагрузки в зависимости от ее изменчивости, а величины коэф­фициентов однородности k<1 — для каждого материала в зависимости от изменчивости его характеристик прочности. Чем больше изменчи­вость нагрузки, тем больше п, чем больше изменчивость прочности ма­териала, тем меньше k, и наоборот. Степень изменчивости устанавлива­ется по статистическим данным многолетних наблюдений за величиной нагрузки и по статистическим данным результатов испытаний прочности образцов материала, на основании которых строятся «кривые распре­деления». На рис. 4.1показан характер кривых распределения.

Средняя величина

Рис. 4.1. Кривые распределения

По оси ординат откладывается частота случаев, при которых наблюдалась данная ве­личина нагрузки (прочности), отложенная по оси абсцисс. В наиболь­шем числе случаев рассматриваемая величина имеет некоторое среднее значение. От этого среднего значения имеются отклонения как в боль­шую, так и в меньшую сторону, причем чем больше отклонение от сред­ней величины, тем в меньшем числе случаев оно бывает. По характеру кривой можно оценить степень изменчивости рассматриваемых вели­чин: если кривая вытянута вдоль оси ординат (верхняя кривая), то величина обладает малой изменчивостью; если же она имеет пологий характер (нижняя кривая), то рассматриваемая величина имеет большую изменчивость.