Выбор марки стали для конструкции. Исследование свойств монокристалла железа. Работа стали при сложном напряженном состоянии, страница 5

Специфические свойства различных строительных материалов нашли свое отражение только в методах определения  предельного сопротивления материалов, во всех остальных разделах методика остается неизменной.

За предельное состояние принимается такое состояние конструкции, при котором она перестает удовлетворять предъявляемым к ней эксплуатационным требованиям, т.е. либо теряет способность сопротивляться внешним воздействиям, либо получает недопустимую деформацию или местное повреждение.

Установлены две группы предельных состояний:

первая группа - по потере несущей способности и полной непригодности к эксплуатации;

вторая группа - по затруднению нормальной эксплуатации зданий или сооружений.

К первой группе относятся: общая потеря устойчивости формы, потеря устойчивости положения, разрушение, переход конструкции в изменяемую систему, а также перемещения и деформации, делающие невозможной дальнейшую эксплуатацию.

Ко второй группе относятся: состояния, затрудняющие нормальную эксплуатацию или снижающие долговечность конструкций вследствии появления недопустимых перемещений (прогибов, осадок, колебаний и т.п.).

Расчет по первой группе предельных состояний выражается условием

                                                                           F  S,                                                                              (5.1)

где F - усилие, действующее в рассчитываемом элементе; S - предельное усилие, которое может воспринять рассчитываемый элемент.

В то время как F является функцией нагрузок, действующих на сооружение, S зависит от предельного сопротивления (прочности) материала и геометрических параметров конструкции или элемента.

Основное условие для расчета по второй группе предельных состояний

,                                                                                    (5.2)

где f - деформации в рассчитываемом элементе от действующих нагрузок при их нормативных значениях; - предельная деформация, оговоренная в нормах и соответствующая нормальным условиям эксплуатации;  - коэффициент надежности по назначению.

Предельные деформации (прогибы, перемещения) устанавливаются исходя из следующих требований:

а) технологических (обеспечение условий нормальной эксплуатации оборудования);

б) конструктивных (обеспечение целостности конструкций и их узлов);

в) физиологических (предотвращение вредных воздействий и ощущений дискомфорта при вибрации);

г) эксплуатационно-психологических (приятный внешний вид конструкции и предотвращение ощущения опасности).

Значения  устанавливаются в зависимости от класса ответственности зданий и сооружений и изменяются от 1,0 - для  I класса (основные здания и сооружения объектов, имеющих особо важное значение) до 0,9 - для III  класса. Для временных зданий и сооружений со сроком службы до 5 лет допускается принимать  = 0,8.

Таким образом, проектирование конструкций в стадии расчета предусматривает обеспечение ее несущей способности, которое подтверждается выполнением условия (5.1) и обеспечение нормальных условий эксплуатации, которое проверяется условием (5.2).

Остановимся теперь на правой части основного условия первой группы предельных состояний (5.1). Мы уже отмечали, что предельное усилие, которое может воспринять элемент (S), зависит от геометрических параметров этого элемента и прочности материала, из которого он изготовлен.

Принимая за основную характеристику прочности металла временное сопротивление - , мы тем самым допускаем в конструкции развитие значительных пластических деформаций (вспомним диаграмму работы стали на растяжение).

В большинстве случаев чрезмерные пластические деформации приводят к потере несущей способности, поэтому для основной массы металлических конструкций за предельное сопротивление материала принимается предел текучести - , за исключением конструкций, в которых развитие пластических деформаций не является препятствием для их дальнейшей работы. Для этих конструкций за предельное сопротивление материала можно принять предел прочности - .