Основные и особые сочетания нагрузок. Сочетание нагрузок

На реальную конструкцию обычно действует несколько нагрузок одновременно. При этом, вероятность того, что все нагрузки будут иметь максимальные значения невелика. Поэтому, при расчете по методу предельных состояний рассматриваются сочетания нагрузок. На базе анализа реальных вариантов одновременного действия и возможности появления разных схем приложения временных нагрузок нормами предусматривается два вида сочетания нагрузок: основные , которые включают постоянные, длительные и кратковременные нагрузки, иаварийные , которые включают постоянные, длительные временные, кратковременные и одну из особых нагрузок. Нагрузки, для которых установлено два нормативных значения, включают в сочетания, принимая их либо как длительные (сниженные), либо как кратковременные (полные).Сочетания нагрузок формируются как набор их расчетных значений или соответствующих им усилий и/или перемещений, который используется для проверки конструкции или основания в определенном предельном состоянии и в определенной расчетной ситуации. Предполагается, что в выбранном сочетании все нагрузки одновременно влияют на объект расчета.

В сочетание должны входить нагрузки, которые наиболее неблагоприятно влияют на конструкции (основания) с точки зрения рассматриваемого предельного состояния. Взаимоисключающие воздействия не могут входить в одно сочетание.

Таким образом, в расчетах конструкций могут использоваться сочетания двух типов - основные и аварийные.

Для проверки предельных состояний первой группы используются основные сочетания, включающие постоянные нагрузки с предельными расчетными значениями, а также предельные расчетные, циклические или квазипостоянные значения переменных нагрузок.

Для проверки предельных состояний второй группы используются основные сочетания, включающие постоянные нагрузки с эксплуатационными значениями, а также эксплуатационные расчетные, циклические или квазипостоянные значения переменных нагрузок.

В аварийное сочетание кроме постоянных и переменных нагрузок может входить только одно эпизодическое воздействие.

В аварийных сочетаниях нагрузок, включающих взрывные воздействия или нагрузки, вызываемые столкновением транспортных средств с частями сооружений, допускается не учитывать некоторые кратковременные переменные нагрузки, указанные в 4.13. (ДБН В.1.2-...-2006).

В некоторых случаях проверка аварийной расчетной ситуации может выполняться на действие основного сочетания, но с учетом влияния деструктивных процессов или повреждений, которые вызваны данной расчетной ситуацией (например, уменьшением несущей способности конструкции в результате действия пожара или выхода их строя некоторых элементов при взрыве).

Требования по использованию аварийных нагрузок и воздействий принимаются по нормам проектирования зданий и сооружений определенного функционального назначения.

Малая вероятность одновременной реализации расчетных значений нескольких нагрузок учитывается умножением расчетных значений вошедших в сочетание нагрузок на коэффициент сочетания  (10.4.).

Для основных сочетаний, включающих постоянные и не менее двух переменных нагрузок, последние принимаются с коэффициентом сочетаний   2 =0,90 для кратковременных нагрузок.

Для аварийных сочетаний, включающих постоянные и не менее двух переменных нагрузок, последние принимаются с коэффициентом сочетаний  1 =0,95 для длительных нагрузок и  2 =0,80 для кратковременных нагрузок. Аварийная нагрузка принимается с коэффициентом сочетания  1 =1,00.

Примечание. В основных сочетаниях при учете трех и более кратковременных нагрузок их расчетные значения допускается умножать на коэффициент сочетания  2 , принимаемый для первой (по степени влияния) кратковременной нагрузки - 1,0, для второй - 0,8, для остальных - 0,6.

При выборе наиневыгоднейших сочетаний нагрузок и воздействий в соответствии с нормативными указаниями за одну переменную нагрузку следует принимать:

а) нагрузку от одного источника (давление или разрежение в емкости, компоненты снеговой, ветровой или гололедной нагрузки, нагрузку от одного погрузчика, одного крана и т.п.);

б) нагрузку от нескольких источников, если их совместное действие учтено в значении нагрузки принимают со своими дополнительными коэффициентами сочетаний.

При определении расчетных сочетаний нагрузок для конструкций и оснований в период возведения зданий и сооружений вошедшие в расчетные сочетания снеговые, ветровые, гололедные нагрузки, а также температурные климатические воздействия следует снижать на 20 %.

Коэффициенты сочетаний нагрузок (10.4.)приведены втабл. 10.2.

Таблица 10.2.

Коэффициенты сочетания нагрузок

Примечание: При учете трёх и более кратковременных нагрузок допускается принимать коэффициенты сочетаний: 1,0 – для первого по степени важности нагружения; 0,8 – для второго; 0,6 – для остальных.

При определении наиболее неблагоприятных сочетаний нагрузок обычно рассматривают такие комбинации усилий: + М max . N соотв.; - М max . N соотв.; + N max ,+ М соотв.; + N max , - M соотв.; N min , + M соотв.; N min , - М соотв.

При составлении сочетаний нагрузок необходимо иметь ввиду, что некоторые нагрузки могут объединяться и рассматриваться как одна нагрузка (например, нагрузка от нескольких кранов), с введением дополнительных коэффициентов сочетаний для этих нагрузок.

В расчетах строительных конструкций следует учитывать наиболее неблагоприятные, физически возможные сочетания нагрузок и воздействий. Неблагоприятное сочетание нагрузок это такое сочетание, которое вызывает в опасных сечениях максимальные (по модулю) усилия.

Вероятность одновременного действия всех неблагоприятных временных нагрузок мала. Кроме того, сама продолжительность их одновременного воздействия незначительна (а чем непродолжительнее действуют нагрузки, тем лучше им сопротивляются конструкции). Это позволяет несколько снизить величины временных нагрузок путем умножения их на коэффициент сочетаний ψ (при условии, что число кратковременных нагрузок не менее двух). Таким образом, коэффициенты сочетаний – это коэффициенты, с помощью которых учитывается фактор непродолжительности одновременного воздействия всех неблагоприятных временных нагрузок – фактор, положительно влияющий на прочность, трещиностойкость и деформативность конструкций.

Различают сочетания двух видов:

– основные сочетания усилий, в них входят значения от постоянных, длительных ψ 1 = 0,95 и кратковременных нагрузок ψ 2 = 0,9 и воздействий.

– особые сочетания в них входят усилия от постоянных, длительных ψ 1 = 0,95, возможных кратковременных ψ 2 = 0,8 и одной из особых нагрузок.

ТЕМА 3. Железобетонные конструкции. Физико-механические свойства бетона, арматурных сталей, железобетона.

Физико-механические свойства бетона, арматуры. Железобетон . Сущность железобетона, общие свойства и структура.

Бетон. Классификация бетонов. Прочность бетона. Деформативность бетона. Диаграмма "напряжения-деформации" бетона при сжатии и растяжении. Модуль деформации бетона. Усадка и ползучесть бетона. Показатели качества бетона – классы. Коэффициент вариации прочности бетона, его экономическое значение.

Арматура. Назначение и виды арматуры, физико-механические свойства. Классификация арматуры. Арматурные изделия. Соединения арматуры, способы упрочнения арматуры. Применение арматуры в железобетонных конструкциях.

Железобетон. Сцепление арматуры с бетоном. Анкеровка арматуры в бетоне. Усадка и ползучесть железобетона. Достоинства и недостатки железобетона. Способы изготовления сборных железобетонных конструкций.

Сущность железобетона. Железобетон состоит из бетона и стальной арматуры, рационально расположенной в конструкциях для восприятия растягивающих а в ряде случаев сжимающих усилий.

Бетон, как и другие каменные материалы, обладает значительным сопротивлением, сжимающим напряжением и весьма малым сопротивлением растяжению.

Прочность бетона на растяжение в 10-15 раз меньше прочности на сжатие. Так, при приложении нагрузки в верхней зоне сечения балки возникает сжатие, в нижней – растяжение. Когда напряжения в растянутой зоне достигнут предельного сопротивления бетона растяжению, образуется трещина и происходит хрупкое разрушение балки задолго до того, как будет использована прочность бетона на сжатие. Несущая способность такой балки ограничена низким сопротивлением бетона растяжению. В связи с этим бетонные (неармированные) конструкции, предназначенные для работы на изгиб или растяжение, были бы очень массивными, нерентабельными и практически неприемлемыми.

Армирование (усиление) растянутой зоны изгибаемых элементов материалами, обладающими значительно более высокой прочностью на растяжение, чем бетон, позволяет существенно повысить их несущую способность. Таким материалом чаще всего является сталь, а конструкции, полученные на основе рационального объединения бетона и стали при условии обеспечения их совместной работы, называются железобетонными .

Рассмотрим особенности их работы под нагрузкой на примере железобетонной балки. Предположим, что в растянутой зоне уложена мягкая сталь. В процессе загружения рассматриваемая балка будет вначале работать подобно бетонной. После образования трещин в бетоне растянутой зоны балка не разрушится, так как растягивающие усилия будут восприняты арматурой. Разрушение в этом случае наступит вследствие развития текучести стали и последующего раздавливания бетона сжатой зоны.

Схемы разрушения балок: 1 - сжатая зона; 2 - растянутая зона; 3 - арматура

Несущая способность армированной балки намного выше, чем бетонной. Опыты показывают, что при эксплуатационных нагрузках, составляющих обычно 0,5...0,7 от разрушающих, напряжения в арматуре не более 250-300 МПа, а прогибы конструкций и ширина раскрытия трещин не превышают допустимых значений. В такой конструкции бетон может быть полностью использован в работе на сжатие, а арматура – на растяжение.

Конструкции армируют не только при работе их на растяжение и изгиб, но также и при кручении, срезе, внецентренном и осевом сжатии. В этих случаях рабочую арматуру ставят для уменьшения размеров сечений элементов и снижения собственного веса конструкций, а также для обеспечения большей их надежности. Разрушение бетонных (неармированных) элементов происходит внезапно (хрупко), в то время как разрушение железобетонных элементов наступает постепенно, что позволяет снизить запас прочности.

Кроме обычных железобетонных конструкций существуют такжепредварительно напряженные . Предварительное напряжение позволяет эффективно использовать более прочные арматурные стали и бетон высоких марок, что невозможно в обычном железобетоне. В предварительно напряженных железобетонных конструкциях арматура подвергается предварительному растяжению, а бетон - обжатию.

Предварительное напряжение железобетонных конструкций значительно повышает трещиностойкость и снижает деформации элементов конструкций, так как создает предварительное обжатие бетона в тех частях, которые при эксплуатационной нагрузке работают на растяжение.

Основные физико-механические факторы, обеспечивающие совместную работу бетона и стальной арматуры в железобетоне:

1) значительное сцепление между поверхностью стальной арматуры и бетоном;

2) близкие по величине коэффициенты линейного расширения бетона и стали (для бетона α b =1·10 -5 ÷l,5·10 -5 ; для стали α st =1,2·10 -5 , что исключает появление внутренних усилий при перепадах температуры, которые могли бы нарушить сцепление бетона со сталью;

3) защищенность стали, заключенной в плотный бетон, от коррозии и непосредственного действия огня.

На реальную конструкцию обычно действует несколько нагрузок одновременно. При этом, вероятность того, что все нагрузки будут иметь максимальные значения невелика. Поэтому, при расчете по методу предельных состояний рассматриваются сочетания нагрузок. На базе анализа реальных вариантов одновременного действия и возможности появления разных схем приложения временных нагрузок нормами предусматривается два вида сочетания нагрузок: основные , которые включают постоянные, длительные и кратковременные нагрузки, иаварийные , которые включают постоянные, длительные временные, кратковременные и одну из особых нагрузок. Нагрузки, для которых установлено два нормативных значения, включают в сочетания, принимая их либо как длительные (сниженные), либо как кратковременные (полные).Сочетания нагрузок формируются как набор их расчетных значений или соответствующих им усилий и/или перемещений, который используется для проверки конструкции или основания в определенном предельном состоянии и в определенной расчетной ситуации. Предполагается, что в выбранном сочетании все нагрузки одновременно влияют на объект расчета.

В сочетание должны входить нагрузки, которые наиболее неблагоприятно влияют на конструкции (основания) с точки зрения рассматриваемого предельного состояния. Взаимоисключающие воздействия не могут входить в одно сочетание.

Таким образом, в расчетах конструкций могут использоваться сочетания двух типов - основные и аварийные.

Для проверки предельных состояний первой группы используются основные сочетания, включающие постоянные нагрузки с предельными расчетными значениями, а также предельные расчетные, циклические или квазипостоянные значения переменных нагрузок.

Для проверки предельных состояний второй группы используются основные сочетания, включающие постоянные нагрузки с эксплуатационными значениями, а также эксплуатационные расчетные, циклические или квазипостоянные значения переменных нагрузок.

В аварийное сочетание кроме постоянных и переменных нагрузок может входить только одно эпизодическое воздействие.

В аварийных сочетаниях нагрузок, включающих взрывные воздействия или нагрузки, вызываемые столкновением транспортных средств с частями сооружений, допускается не учитывать некоторые кратковременные переменные нагрузки, указанные в 4.13. (ДБН В.1.2-...-2006).

В некоторых случаях проверка аварийной расчетной ситуации может выполняться на действие основного сочетания, но с учетом влияния деструктивных процессов или повреждений, которые вызваны данной расчетной ситуацией (например, уменьшением несущей способности конструкции в результате действия пожара или выхода их строя некоторых элементов при взрыве).

Требования по использованию аварийных нагрузок и воздействий принимаются по нормам проектирования зданий и сооружений определенного функционального назначения.

Малая вероятность одновременной реализации расчетных значений нескольких нагрузок учитывается умножением расчетных значений вошедших в сочетание нагрузок на коэффициент сочетания  (10.4.).

Для основных сочетаний, включающих постоянные и не менее двух переменных нагрузок, последние принимаются с коэффициентом сочетаний   2 =0,90 для кратковременных нагрузок.

Для аварийных сочетаний, включающих постоянные и не менее двух переменных нагрузок, последние принимаются с коэффициентом сочетаний  1 =0,95 для длительных нагрузок и  2 =0,80 для кратковременных нагрузок. Аварийная нагрузка принимается с коэффициентом сочетания  1 =1,00.

Примечание. В основных сочетаниях при учете трех и более кратковременных нагрузок их расчетные значения допускается умножать на коэффициент сочетания  2 , принимаемый для первой (по степени влияния) кратковременной нагрузки - 1,0, для второй - 0,8, для остальных - 0,6.

При выборе наиневыгоднейших сочетаний нагрузок и воздействий в соответствии с нормативными указаниями за одну переменную нагрузку следует принимать:

а) нагрузку от одного источника (давление или разрежение в емкости, компоненты снеговой, ветровой или гололедной нагрузки, нагрузку от одного погрузчика, одного крана и т.п.);

б) нагрузку от нескольких источников, если их совместное действие учтено в значении нагрузки принимают со своими дополнительными коэффициентами сочетаний.

При определении расчетных сочетаний нагрузок для конструкций и оснований в период возведения зданий и сооружений вошедшие в расчетные сочетания снеговые, ветровые, гололедные нагрузки, а также температурные климатические воздействия следует снижать на 20 %.

Коэффициенты сочетаний нагрузок (10.4.)приведены втабл. 10.2.

Таблица 10.2.

Коэффициенты сочетания нагрузок

Примечание: При учете трёх и более кратковременных нагрузок допускается принимать коэффициенты сочетаний: 1,0 – для первого по степени важности нагружения; 0,8 – для второго; 0,6 – для остальных.

При определении наиболее неблагоприятных сочетаний нагрузок обычно рассматривают такие комбинации усилий: + М max . N соотв.; - М max . N соотв.; + N max ,+ М соотв.; + N max , - M соотв.; N min , + M соотв.; N min , - М соотв.

При составлении сочетаний нагрузок необходимо иметь ввиду, что некоторые нагрузки могут объединяться и рассматриваться как одна нагрузка (например, нагрузка от нескольких кранов), с введением дополнительных коэффициентов сочетаний для этих нагрузок.