Метод 2. Расчет по предельным состояниям

Предельным состоянием конструкции называется состояние, при котором она перестает удовлетворять предъявляемым к ней эксплуатационным требованиям, т. е. перестает оказывать сопротивление внешним воздействиям или получает недопустимые деформации или местные повреждения.

Установлены следующие три расчетных предельных состояния:

а) первое предельное состояние, определяемое несущей способностью элемента (прочностью, устойчивостью или выносливостью);

б) второе предельное состояние, характеризующееся развитием чрезмерных деформаций;

в) третье предельное состояние, характеризующееся образованием или раскрытием трещин.

Первое предельное состояние имеет отношение к расчету отдельных элементов сварных конструкций и к расчету сварных соединений. Второе предельное состояние проверяется применительно ко всему сооружению в целом. Третье предельное состояние применяется главным образом к железобетонным конструкциям (при раскрытии трещин в растянутой зоне бетона).

При проектировании конструкций условие прочности по первому предельному состоянию записывается в следующем виде:

N/F< mR. (5)

Здесь N —расчетное воздействие или наибольшая расчетная нагрузка (усилие или момент); F — геометрическая характе­ристика сечения (площадь, момент сопротивления и т. п.), R — расчетное сопротивление материала; т — коэффициент условий работы.

Наибольшая расчетная нагрузка определяется суммой произведений нормативной нагрузки данного вида (т. е. на­грузки нормальной интенсивности) на соответствующий коэффициент перегрузки:

N = N₁n_i + N₂п₂, + N₃n₃ +... = ∑ N_in_i, (6)

где N_i — нормативная нагрузка; n_i — соответствующий ей коэффициент перегрузки.

Расчетное сопротивление материала R представляет собой произведение наименьшего опасного напряжения (при котором может наступить разрушение), именуемого нормативным сопротивлением R_н (для стали это предел текучести [s_в]) на коэффициент однородности материала - k.

R = k R_н = ks_s. (7)

Коэффициент условий работы т учитывает своеобразие работы конструкций, обусловленное изготовлением и эксплуатацией. Он может учитывать опасность хрупких разрушений, неблагоприятное влияние агрессивной среды и других факторов.

Значения нормативных сопротивлений R_н (МПа) для ос­новного металла принимаются в соответствии с табл. 2.

Для СС, выполненных автоматической сваркой под флюсом или ручной сваркой с применением электродов типов Э-42 и Э-50 (см. табл. 3), нормативные сопротивления растяжению и сжатию принимаются равными нормативным сопротивлениям растяжению или сжатию прокатной стали свариваемой конструкции. Нормативные сопротивления срезу для металла сварных угловых швов принимаются равными нормативным сопротивлениям растяжению, умноженным на коэффициент 0, 7.

Коэффициенты однородности металла сварных швов при­нимаются такими же, как и для основного металла.

Таблица 3

С целью обеспечения высокого качества сварных стыко­вых соединений, выполненных ручным способом с применением электродов типов Э-42 и Э-50, рекомендуется применять контроль просвечиванием. Для случаев, когда контроль качества сварных стыковых швов Сварка конструкций из малоуглеродистой стали

осуществляется только наружным осмотром, коэффициенты однородности понижаются на 15%.

Принципиальное отличие нового метода расчета (по предельным сопротивлениям) от старого метода (по допускаемым напряжениям) состоит в том, что при новом методе расчета общий коэффициент запаса учитывается тремя коэф­фициентами: коэффициентом перегрузки п; коэффициентом однородности k и коэффициентом условий работы т.

Более дифференцированный метод учета общего коэффи­циента запаса позволяет обоснованней подойти к его опре­делению, учитывая своеобразие условий действия отдельных нагрузок, свойств различных материалов, а также различных условий работы конструкций.

Разделение одного коэффициента запаса на три независимых коэффициента позволяет более правильно характеризовать все особенности условий работы данной конструкции (учитывая отдельно особенности нагрузок, материала и условий эксплуатации). Так, например, коэффициент перегрузки п принят равным: от собственного веса и гидростатиче­ского давления - 1, 1; от ветра - 1, 2; от нагрузки в архивах и книгохранилищах - 1, 2; от нагрузки в общежитиях - 1, 4 и т. п.

Коэффициент однородности материала k принят равным: для малоуглеродистой прокатной стали 0, 9; для низколегированной прокатной стали 0, 85; для отливок из углеродистой стали 0, 75 и т. п.

Коэффициент условий работы т для большинства элемен­тов конструкций принят равным 1; для резервуаров — 0, 8; для колонн — 0, 9.

И в старом, и в новом методе предполагается приближенное определение напряжений по формулам сопротивления материалов (исходя из предположения равномерного распре­деления напряжений при осевой нагрузке и гипотезы плоских сечений при изгибе).

В частном случае, когда все действующие на сооружение нагрузки характеризуются одним значением коэффициента перегрузки (или когда на сооружение действует только нагрузка одного вида), условие прочности (5) можно упростить. При этом:

(∑ N_in_i,) / F = n∑ N_i / F ₌ mks_s

или

(∑ N_in_i,) / F = s_s/(n /mk) = s_s / n_i (8)

Как видно, в этом случае условие прочности (1), установленное методом расчета по допускаемым напряжениям, аналогично условию прочности (8), установленному методом расчета по предельным состояниям.