4. Нормативные и расчетные сопротивления

Один из вопросов, возникающих при расчете конструкций - какую характеристику материала принять в качестве предельного сопротивления? Большинство строительных сталей имеют площадку текучести, поэтому если мы доведем напряжения до временного сопротивления, то наша конструкция получит столь большие перемещения, что задолго до этого придется прекратить ее эксплуатацию. Поэтому за предельное сопротивление материала для сталей, имеющих площадку текучести, принимают, как правило, значение предела текучести. По существу это означает, что, ограничив работу стали пределом текучести, мы тем самым не допускаем развития чрезмерных пластических деформаций. В том случае, если работа конструкции допустима при развитии значительных пластических деформаций (например, трубопроводы), за предельное сопротивление материала может быть принято значение временного сопротивления.

Значения предела текучести и временного сопротивления, установленные в нормах, называют соответственно нормативным сопротивлением по пределу текучести R_ynи нормативным сопротивлением по временному сопротивлению R_un. Эти значения соответствуют минимальным браковочным характеристикам, предусмотренным государственными стандартами и техническими условиями.

Свойства стали обладают определенной изменчивостью и, как это мы сделали для нагрузок, для нормативных сопротивлений также можно определить их обеспеченность. Согласно многочисленным статистическим исследованиям, для большинства строительных сталей обеспеченность нормативных сопротивлений составляет 0,95.0,99, что соответствует требованиям основных положений по расчету.

Хотя обеспеченность нормативных сопротивлений высока, существует, пусть и небольшая, вероятность, что в конструкцию попадет металл с более низкими характеристиками, тем более что контроль качества стали проводят выборочным методом. Кроме того, прокат часто поставляют с минусовыми допусками и геометрические характеристики сечений могут быть меньше номинальных. Имеются и различия в работе стали в образцах, на которых проводятся испытания, и в конструкции. Влияние этих факторов на снижение несущей способности конструкций учитывают коэффициентом надежности по материалу γ_m. Значения γ_m, установлены на основании статистической обработки результатов заводских испытаний образцов и анализа условий контроля качества металлопроката.

При поставке сталей по ГОСТ 27772-88 для всех сталей кроме С590 и С590К γ_m=1,025. При поставке стали по ГОСТ 370-93 и ГОСТ 19281-89 (с изменениями), а также для сталей С590 и С590К по ГОСТ 27772-88 γ_m=l,05.

Основной расчетной характеристикой стали является расчетное сопротивление, определяемое делением нормативного сопротивления на коэффициент надежности по материалу: R_y= R_yn/ γ_m; R_u= R_un/ γ_m. (3.8)

При расчете конструкций с использованием расчетного сопротивления, установленного по временному сопротивлению, учитывают повышенную опасность такого состояния путем введения дополнительного коэффициента надежности γ_u=1,3.

Рассмотренные нормативные и расчетные сопротивления относятся к работе стали на растяжение, сжатие, изгиб, т.е. при действии нормальных напряжений. При срезе расчетные сопротивления R_s, определяют путем умножения расчетного сопротивления растяжению R_yна коэффициент перехода 0,58, т.е. R_s=0,58R_y. При σ_x= σ_y= 0 условие перехода в пластическое состояние σ_eƒ= √ 3τ²= σ_y/ √ 3.

При сжатии торцевой поверхности в случае плотной пригонки (строжка или фрезеровка торца) материал в зоне контакта работает в условиях всестороннего обжатия и расчетное сопротивление может быть повышено. Согласно нормам, R_p= R_u.

При расчете проката на растяжение в направлении, перпендикулярном плоскости проката (г - направлении), учитывая пониженные прочностные и пластические свойства стали в этом направлении, а также возможность расслоя, расчетное сопротивление R_th= 0,5R_u, т.е. меньше, чем при работе в плоскости проката.