Расчетное сопротивление стали растяжению по пределу текучести

В металлических конструкциях различают два вида расчетного сопротивления R:

Ry – расчетное сопротивление, установленное по пределу текучести и используемое в расчетах, предполагающих упругую работу материала;

Ru– расчетное сопротивление, установленное по пределу прочности и используемое в расчетах конструкций, где допустимы значительные пластические деформации.

Расчетное сопротивление Ry и Ruопределяются соответственно по формулам:

Ry = Ryn/gm,

Ru = Run/gm,

где Ryn и Run – нормативные сопротивления, соответственно равные:

Ryn = sm,

Run = sв.

В приведенных формулах sm – предел текучести, sв – предел прочности (временного сопротивления) материала; gm – коэффициент надежности по материалу, учитывающий изменчивость свойств материала и выборочный характер испытаний образцов по определению sm и sв. Этот коэффициент учитывает также масштабный фактор – механические характеристики определяются на малых образцах при кратковременном одноосном растяжении, в то время как металл работает длительное время в большеразмерных конструкциях.

Значение нормативных сопротивлений Ryn = sm и Run = sв, а также значения коэффициента gm устанавливают статистически. Нормативные сопротивления имеют статистическую обеспеченность не менее 0,988. Это означает, что в 988 случаях из 1000, значения предела текучести sm и предела прочности sв, будут не менее значений, указанных в сертификате на сталь. Коэффициент надежности по материалу gm устанавливается на основании анализа кривых распределения, полученных в результате испытаний образцов стали. Значения этого коэффициента в зависимости от государственного стандарта или технических условий на сталь дает табл. 1.3.2 ДБН [4]. Значения коэффициента gm изменяются от 1,025 до 1,050.

Нормативные Ryn и Run и расчетные Ry и Ru сопротивления для разных марок стали в зависимости от вида проката (лист или фасон) и его толщины представлены в табл.Е.2 ДБН [2]. В расчетах также используют расчетное сопротивление на сдвиг (срез) Rs =0,58Ry, на смятие Rp = Ru и др.

Нормативные и расчетные сопротивления для некоторых наиболее применяемых марок сталей приведены в табл. 2.5 .

Таблица 2.5 — Нормативные и расчетные сопротивления стали по ГОСТ 27772-88.

Таким образом, в методе предельных состояний все исходные величины, случайные по своей природе, представляются в нормах некоторыми нормативными значениями, а влияние их изменчивости на конструкцию учитывается соответствующими коэффициентами надежности. Каждый из введенных коэффициентов учитывает изменчивость лишь одной исходной величины (нагрузки, условий работы, свойств материалов, степени ответственности сооружения). Эти коэффициенты часто называют частными, а сам метод расчета по предельным состояниям за рубежом называют методом частных коэффициентов.

Выбор марок сталей для строительных конструкций

Выбор марок сталей для строительных конструкций выполняется с учетом множества факторов, указанных в нормах [3], важнейшими из которых являются класс ответственности сооружения, категории конструкций по назначению и по напряженному состоянию. Учитываются также ряд других факторов, усложняющих условия эксплуатации конструкций (наличие растягивающих напряжений, неблагоприятное влияние сварных соединений).

В связи с этим все конструкции и их элементы делятся на четыре группы. Группы конструкций следует принимать в зависимости значения от показателя группы s, который определяется как сумма отдельных показателей S = S1 + S2 + S3 + S4 + S5, которые приводятся соответственно в табл. 2.6.

Таблица 2.6 – Показатели групп конструкций

Классификация конструкций и их элементов по группам в зависимости от значения показателя S = S1 + S2 + S3 + S4 + S5 принята следующая:

ü При S > 26 конструкция относится к 1-ой группе;

ü при 23 ≤S ≤ 26 конструкция относится ко 2-ой группе;

ü при 19 ≤S ≤ 22 – к 3-ей,

ü при 18 ≤S – к 4-ой группе конструкций.

Классы ответственности сооружения I, II, IIIтабл. 2.6 соответствуют классам последствий (ответственности) СС3, СС2, СС3, приведенным в табл. 2.2.

Выбор марок сталей производят по табл.. 2.7 в зависимости от группы конструкцій.

Таблиця 2.7 — Сталі для сталевих конструкцій будівель і споруд

Тесты для самоконтроля

1. Потеря устойчивости относится к предельным состояниям:

А – I группы;

Б – II группы;

В – III группы.

2. Коэффициент γmучитывает:

А – условия работы конструкции;

Б – изменчивость свойств материала;

В – изменчивость нагрузок.

3. Расчетное сопротивление Ry определяют по формуле:

А – Ry = Ryn / γm ;

Б – Ry = Run / γn ;

В – Ry = Run / γc.

4. Непригодность конструкций к эксплуатации характеризует предельное состояние:

А – I группы;

Б – II группы;

В – III группы.

5. Коэффициент γnучитывает:

А – степень ответственности сооружения;

Б – изменчивость свойств материала;

В – изменчивость нагрузок.

6. Расчетное сопротивление Ry устанавливают :

А – по пределу упругости;

Б – по пределу текучести;

В – по пределу прочности.

7. Коэффициент γfmприменяют для определения расчетной нагрузки:

А – предельной;

Б – эксплуатационной

В – циклической.

8. Расчет на устойчивость выполняют с учетом расчетной нагрузки:

А – предельной;

Б – эксплуатационной;

В – циклической.

9. Хрупкое разрушение относится к предельным состояниям:

А – I группы;

Б – II группы;

В – III группы.

10. Здания высокой степени ответственности относятся к группе:

А – СС3;

Б – СС2;

В – СС1.

11. Расчетное сопротивление Rи определяют по формуле:

А – Rи = Rиn / γm ;

Б – Rи = Run / γn ;

В – Rи = Run / γc.

12. Коэффициент γсучитывает:

А – степень ответственности сооружения;

Б – изменчивость свойств материала;

В – условия работы конструкции.

13. Проверка трещиностойкости железобетонной конструкции относится:

А – к I группе предельных состояний;

Б – ко II группе предельных состояний;

В – к III группе предельных состояний.

Тема 2 (продолжение)

Классификация нагрузок. Нагрузка от веса конструкций и грунта. Нагрузки на перекрытия и покрытия зданий. Снеговая нагрузка. Ветровая нагрузка. Сочетания нагрузок.

Классификация нагрузок

Нагрузки и воздействия подразделяются на механические и немеханической природы, приводящие к снижению несущей способности и эксплуатационной пригодности конструкций

Механические нагрузки (силы, приложенные к конструкции, или вынужденные деформации) учитываются в расчетах непосредственно.

Воздействия немеханической природы, например, влияние агрессивной среды, как правило, в расчете учитывается косвенно.

В зависимости от причин возникновения нагрузки и воздействия подразделяются на основные и эпизодические.

В зависимости от изменчивости во времени нагрузки и воздействия подразделяются на постоянные и переменные (временные). Переменные (временные) нагрузки делятся на: длительные; кратковременные; эпизодические.

Основой для назначения нагрузок являются их характеристические значения.

Расчетные значения нагрузок определяются умножением характеристических значений на коэффициент надежности по нагрузке, зависящий от вида нагружения. В зависимости от характера нагрузок и целей расчета используют четыре вида расчетных значений – предельное; эксплуатационное; циклическое; квазипостоянное. Их значения определяют соответственно по формулам:

Fm = F0 · γfm · γ n , (2.5)

Fe = F0 · γfe · γ n , (2.6)

Fc = F0 · γfc · γ n , (2.7)

Fp = F0 · γfp · γ n(2.8)

где F0 – характеристические значения нагрузок; γfm , γfe , γfc , γfp – коэффициенты надежности по соответствующим нагрузкам;

γn– коэффициенты надежности по назначению сооружения, учитывающие степень его ответственности (см. табл. 2.2).

К постоянным нагрузкам относят:

ü вес несущих и ограждающих конструкций здания;

ü вес и давление грунтов (насыпей, засыпок);

ü усилие от предварительного напряжения в конструкциях.

К переменным длительным нагрузкам относят:

ü вес временных перегородок, подливок, подбетонок под оборудование;

ü вес стационарного оборудования и его заполнения жидкостями, сыпучими

телами;

ü давление газов, жидкостей и сыпучих тел в ёмкостях и трубопроводах;

ü нагрузки на перекрытия от складируемых материалов в складах, архивах;

ü температурные технологические воздействия от оборудования;

ü вес слоя воды в водонаполненных покрытиях;

ü вес отложения производственной пыли;

ü воздействия, обусловленные деформациями основания без изменения структуры грунта;

ü воздействия, обусловленные изменением влажности, агрессивности среды,

усадкой и ползучестью материалов.

К переменным кратковременным нагрузкам относят:

ü снеговые нагрузки;

ü ветровые нагрузки;

ü гололедные нагрузки;

ü нагрузки от подвижного подъемно-транспортного оборудования, включая мостовые и подвесные краны;

ü температурные климатические воздействия;

ü нагрузки от людей, животных, оборудования на перекрытия жилых, общественных и сельскохозяйственных зданий;

ü вес людей, ремонтных материалов в зоне обслуживания оборудования;

ü нагрузки от оборудования, возникающие в пускоостановочном, переходном

и испытательном режимах.

К эпизодическим нагрузкам относят:

ü сейсмические воздействия;

ü взрывные воздействия;

ü нагрузки аварийные, вызванные нарушениями технологического процесса, поломкой оборудования;

ü нагрузки, обусловленные деформациями основания с коренным изменением

структуры грунта (при замачивании просадочных грунтов) или оседанием его в районах горных выработок и в карстовых районах.

Характеристические и расчетные значения эпизодических нагрузок определяются специальными нормативными документами.