2.3. Метод расчета по предельным состояниям
Представляет диалектическое развитие МРРУ и применяется с 1955 г, естественно с периодическим изменением и дополнением норм проектирования.
1. Сущность метода и группы предельных состояний (ПС). Предельным считается такое состояние конструкции (сооружения), после наступления которого дальнейшая эксплуатация этой конструкции (сооружения) невозможна. ПС может наступить вследствие
исчерпания несущей способности, потери устойчивости формы или положения (сжатый элемент, подпорная стенка, подземный резервуар при наличии подпора грунтовых вод);
образования либо чрезмерного раскрытия трещин и местных повреждений (резервуар для воды, нижний пояс фермы в условиях агрессивной среды);
недопустимых прогибов или перемещений,
при этом последние две разновидности ПС вполне возможны еще задолго до исчерпания несущей способности.
Таким образом, в МРПС критерием выступает пригодность сооружения; такой критерий более общий и универсальный, нежели допускаемые напряжения в МРДН или разрушающие усилия в МРРУ.
В зависимости от причин, вызывающих наступление то или иное ПС, нормы устанавливают две группы ПС:
I-я группа по несущей способности (прочности, устойчивости, выносливости); расчеты по I-й группе основаны на стадии III НДС для прочности и устойчивости и на стадии II для выносливости.
II-я группа по пригодности к нормальной эксплуатации (по деформациям, образованию и раскрытию трещин).
ПСI ведут к полному прекращению эксплуатации конструкций и потому носят совершенно четкий характер. Расчет по ПСI, в частности по прочности, является обязательным и выполняется всегда. При этом выполняется один из двух вариантов расчета:
I-й вариант проверка прочности запроектированного (существующего) сечения, которая заключается в удовлетворении условий
M Mu при изгибе; (7.4)
N Nu при сжатии или растяжении (7.5)
где M и N расчетные (максимально возможные) усилия от внешних нагрузок;
Mu и Nu предельная (минимально возможная) несущая способность сечения соответственно при изгибе и сжатии (растяжении).
II-й вариант подбор сечений. Состоит в том, что из равенств типа
M = Mu (7.6)
или
N = Nu (7.7)
подбираются размеры бетонного сечения и площадь арматуры. Предварительно задаются характеристиками материалов и, как правило, размерами бетонного сечения.
ПСII вызывают не полное, а временное прекращение или частичное нарушение нормальной эксплуатации сооружения или конструкции; четкой границы входа в ПС в данном случае нет. Расчеты по ПСII это расчеты по образованию трещин (базируются на стадии Ia), раскрытию трещин и по деформациям (базируются на стадии II НДС). В некоторых случаях нормы позволяют не выполнять такие расчеты.
2. Расчетные факторы. Переход конструкции в то или иное ПС зависит от следующих расчетных (учитываемых в расчетных формулах) факторов:
нагрузки и воздействия;
прочностные характеристики Б и А;
условия работы материалов и конструкции в целом.
Перечисленые факторы по своей природе являются случайными величинами с присущей им статистической изменчивостью (разбросом значений). В МРПС это обстоятельство учитывается системой расчетных коэффициентов:
коэффициент надежности по нагрузке f , учитывающий изменчивость нагрузок и воздействий;
коэффициенты надежности по бетону bc , bt и по арматуре s , учитывающие изменчивость их характеристик;
коэффициенты условий работы бетона bi и si, учитывающие некоторые нестатистические факторы, не отражаемые прямым путем в расчетных формулах;
коэффициенты надежности по назначению конструкции n, учитывающие степень ответственности и капитальности зданий и сооружений.
Таким образом, один из основных недостатков МРРУ наличие единого коэффициента запаса, в данном методе устранен путем введения системы дифференцированных коэффициентов, представляющих часть целого.
Н а г р у з к и. В МРПС нагрузки разделяют на нормативные и расчетные. Нормативными называются наибольшие возможные нагрузки при нормальных условиях эксплуатации qn. Расчетные нагрузки представляют произведение нормативных на коэффициенты надежности по нагрузке и по назначению, т.е.
q = qn f n. (7.8)