Нормативные и расчетные сопротивления стали

 

В металлических конструкциях различают два вида расчетного сопротивления R:

R_y – расчетное сопротивление, установленное по пределу текучести и используемое в расчетах, предполагающих упругую работу материала;

R_u – расчетное сопротивление, установленное по пределу прочности и используемое в расчетах конструкций, где допустимы значительные пластические деформации.

Расчетное сопротивление R_y и R_u определяются соответственно по формулам:

R_y = R_yn/g_m,

R_u = R_un/g_m,

где R_yn и R_un – нормативные сопротивления, соответственно равные:

R_yn = s_m,

R_un = s_в.

В приведенных формулах s_m – предел текучести, s_в – предел прочности (временного сопротивления) материала; g_m – коэффициент надежности по материалу, учитывающий изменчивость свойств материала и выборочный характер испытаний образцов по определению s_m и s_в. Этот коэффициент учитывает также масштабный фактор – механические характеристики определяются на малых образцах при кратковременном одноосном растяжении, в то время как металл работает длительное время в большеразмерных конструкциях.

Значение нормативных сопротивлений R_yn = s_m и R_un = s_в, а также значения коэффициента g_m устанавливают статистически. Нормативные сопротивления имеют статистическую обеспеченность не менее 0,988. Это означает, что в 988 случаях из 1000, значения предела текучести s_m и предела прочности s_в, будут не менее значений, указанных в сертификате на сталь. Коэффициент надежности по материалу g_m устанавливается на основании анализа кривых распределения, полученных в результате испытаний образцов стали. Значения этого коэффициента в зависимости от государственного стандарта или технических условий на сталь дает табл. 1.3.2 ДБН [4]. Значения коэффициента g_m изменяются от 1,025 до 1,050.

Нормативные R_yn и R_un и расчетные R_y и R_u сопротивления для разных марок стали в зависимости от вида проката (лист или фасон) и его толщины представлены в табл.Е.2 ДБН [2]. В расчетах также используют расчетное сопротивление на сдвиг (срез) R_s =0,58 R_y, на смятие R_p = R_u и др.

Нормативные и расчетные сопротивления для некоторых наиболее применяемых марок сталей приведены в табл. 2.5.

Таблица 2.5 -- Нормативные и расчетные сопротивления стали по ГОСТ 27772-88.

Сталь	Таблица проката, мм	Нормативные сопротивления, МПа, проката	Расчетные сопротивления, МПа, проката
листового	фасонного	листового	фасонного
Ryn	Run	Ryn	Run	Ry	Ru	Ry	Ru
С235	2-20 20-40
С245	2-20 20-30	-	-			-	-
С255	4-10 10-20 20-40
С275	2-10 10-20
С285	4-10 10-20
С345	2-10 20-20 20-40
С345К	4-10
С355	20-80			–	–			–	–
С375	2-10 10-20 20-40
С390	4-50			–	–			–	–

 

Таким образом, в методе предельных состояний все исходные величины, случайные по своей природе, представляются в нормах некоторыми нормативными значениями, а влияние их изменчивости на конструкцию учитывается соответствующими коэффициентами надежности. Каждый из введенных коэффициентов учитывает изменчивость лишь одной исходной величины (нагрузки, условий работы, свойств материалов, степени ответственности сооружения). Эти коэффициенты часто называют частными, а сам метод расчета по предельным состояниям за рубежом называют методом частных коэффициентов.

Выбор марок сталей для строительных конструкций

Выбор марок сталей для строительных конструкций выполняется с учетом множества факторов, указанных в нормах [3], важнейшими из которых являются класс ответственности сооружения, категории конструкций по назначению и по напряженному состоянию. Учитываются также ряд других факторов, усложняющих условия эксплуатации конструкций (наличие растягивающих напряжений, неблагоприятное влияние сварных соединений).

В связи с этим все конструкции и их элементы делятся на четыре группы. Группы конструкций следует принимать в зависимости значения от показателя группы s, который определяется как сумма отдельных показателей S = S₁ + S₂ + S₃ + S₄ + S₅, которые приводятся соответственно в табл. 2.6.

Таблица 2.6 – Показатели групп конструкций

Факторы	Обозначение	Характерис тика	Показатель, балл
Класс ответственности сооружения	S1	I II. III
Категория конструкции по назначению	S2	А Б В
Категория конструкции по напряженному состоянию	S3	I II III
Наличие растягивающих напряжений от расчетной нагрузки	S4	есть нет
Неблагоприятное влияние сварных соединений	S5	есть нет
Примечание: Неблагоприятное влияние сварных соединений следует учитывать тогда, когда они расположены в местах действия значительных расчетных растягивающих напряжений (σ > 0,3 Ry; σ > 0,3 Ry), или в местах, где прочность сварного соединения определяет пригодность до эксплуатации конструкции в целом.

Классификация конструкций и их элементов по группам в зависимости от значения показателя S = S₁ + S₂ + S₃ + S₄ + S₅ принята следующая:

ü При S > 26 конструкция относится к 1-ой группе;

ü при 23 ≤S ≤ 26 конструкция относится ко 2-ой группе;

ü при 19 ≤S ≤ 22 – к 3-ей,

ü при 18 ≤S – к 4-ой группе конструкций.

Классы ответственности сооружения I, II, III табл. 2.6 соответствуют классам последствий (ответственности) СС3, СС2, СС3, приведенным в табл. 2.2.

Выбор марок сталей производят по табл.. 2.7 в зависимости от группы конструкцій.

Таблиця 2.7 -- Сталі для сталевих конструкцій будівель і споруд

Сталь	Умови застосування сталі для груп конструкцій
Конструкції з фасонного, сортового, листового, широкополичкового і універсального прокату і холодногнутих профілів
С235 ГОСТ 27772	–	–	+^а)	+
С245 ГОСТ 27772	–	+^б)	+	–
С255 ГОСТ 27772	+	+	+	–
С275 ГОСТ 27772	–	+^б)	+	–
С285 ГОСТ 27772	+	+	+	–
С345 ГОСТ 27772	+3	+1	+1	–
С345К ГОСТ 27772
С355 ТУ У27.1-05416923-085:2006	–	+	+	–
С375 ГОСТ 27772	+3	+1	+1	–
С390 ГОСТ 27772, ТУ У27.1-05416923-085:2006	+	+	+	–
С440 ГОСТ 27772, ТУ У27.1-05416923-085:2006	+	+	+	–
С490 ГОСТ 27772, ТУ У27.1-05416923-085:2006
С590 ГОСТ 27772, ТУ У27.1-05416923-085:2006	–	+	+	–
С590К ГОСТ 27772	–	–	–	–
Конструкції з труб
ВСт3кп (до 4) ГОСТ 10705^а)	+2^д)	+2^д)	+2^д)
ВСт3кп (от 4,5 до 10) ГОСТ 10705^в)	–	+2^д)	+2^д)
ВСт3пс (до 5,5) ГОСТ 10705^в)	+2^д)	+2^д)	+2^д)
ВСт3пс (от 6 до 10) ГОСТ 10705^в)	+6	+6	+6
ВСт3сп (от 6 до 10) ГОСТ 10705^в)	–	–	–
ВСт3пс (от 5 до 15) ГОСТ 10706^г)	–	+4	+4
ВСт3сп (от 5 до 15) ГОСТ 10706^г)	–	–	–
20 ГОСТ 8731^е)	+	+	–
09Г2С ГОСТ 8731^е)	+	+	–
Позначення, прийняті в табл. 2.7: Знаки «+» і «–» означають, що дану сталь застосовувати відповідно слід чи не слід. Цифра за знаком «+» означає категорію сталі за ударною в’язкістю. ^а) окрім неопалюваних будівель і конструкцій, що експлуатуються на відкритому повітрі, а також окрім опор повітряних ліній (ПЛ), відкритих розподільчих пристроїв (ВРП) та контактних мереж (КМ); ^б) для неопалюваних будівель і конструкцій, що експлуатуються на відкритому повітрі, слід застосовувати прокат завтовшки до 10 мм; ^в) група В, табл. 1 ГОСТ 10705; ^г) група В з додатковими вимогами за п.1.6 ГОСТ 10706; ^д) окрім опор ПЛ, ВРП і КМ; ^е) безшовні гарячедеформовані труби з зазначених марок сталей допускається застосовувати для елементів спеціальних опор великих переходів ПЛ висотою понад 60 м (група конструкцій 1). Примітки: 1. За товщину фасонного прокату слід приймати товщину полиці. 2. Вимоги цієї таблиці поширюються на листовий прокат завтовшки понад 3 мм. При товщині прокату меншій за 3 мм наведені в таблиці сталі слід застосовувати без вимог до ударної в’язкості (без зазначення категорії). 3. Прокат завтовшки менше за 5 мм із сталі класу С235 допускається застосовувати для конструкцій усіх груп, окрім опор ПЛ, ВРП і КМ. 4. Застосування термозміцненого з прокатного нагріву фасонного прокату зі сталі класу С345Т і С375Т, який постачається як сталь класу С345 і С375, не допускається в конструкціях, які при виготовленні підлягають металізації або пластичним деформаціям при температурі понад +700°С. 5. До сортового прокату (круг, смуга, квадрат) згідно з ТУ 14-1-3023, ГОСТ 535, ГОСТ 19281 та іншими технічними умовами і стандартами висуваються такі самі вимоги як до фасонного прокату такої самої товщини згідно з ГОСТ 27772. 6. Відповідність марок сталі сортового прокату маркам сталей згідно з ГОСТ 27772 слід визначити за табл. Е.5 цього додатка [].

Тесты для самоконтроля

1. Потеря устойчивости относится к предельным состояниям:

А – I группы;

Б – II группы;

В – III группы.

2. Коэффициент γ_m учитывает:

А – условия работы конструкции;

Б – изменчивость свойств материала;

В – изменчивость нагрузок.

 

3. Расчетное сопротивление Ry определяют по формуле:

А – Ry = Ryn / γ_m ;

Б – Ry = Run / γ_n ;

В – Ry = Run / γ_c.

4. Непригодность конструкций к эксплуатации характеризует предельное состояние:

А – I группы;

Б – II группы;

В – III группы.

5. Коэффициент γ_n учитывает:

А – степень ответственности сооружения;

Б – изменчивость свойств материала;

В – изменчивость нагрузок.

6. Расчетное сопротивление Ry устанавливают:

А – по пределу упругости;

Б – по пределу текучести;

В – по пределу прочности.

7. Коэффициент γ_fm применяют для определения расчетной нагрузки:

А – предельной;

Б – эксплуатационной

В – циклической.

8. Расчет на устойчивость выполняют с учетом расчетной нагрузки:

А – предельной;

Б – эксплуатационной;

В – циклической.

9. Хрупкое разрушение относится к предельным состояниям:

А – I группы;

Б – II группы;

В – III группы.

10. Здания высокой степени ответственности относятся к группе:

А – СС3;

Б – СС2;

В – СС1.

11. Расчетное сопротивление Rи определяют по формуле:

А – Rи = Rиn / γ_m;

Б – Rи = Run / γ_n;

В – Rи = Run / γ_c.

12. Коэффициент γ_с учитывает:

А – степень ответственности сооружения;

Б – изменчивость свойств материала;

В – условия работы конструкции.

13. Проверка трещиностойкости железобетонной конструкции относится:

А – к I группе предельных состояний;

Б – ко II группе предельных состояний;

В – к III группе предельных состояний.

 

 

Тема 2 (продолжение)

Классификация нагрузок. Нагрузка от веса конструкций и грунта. Нагрузки на перекрытия и покрытия зданий. Снеговая нагрузка. Ветровая нагрузка. Сочетания нагрузок.

 

Классификация нагрузок

 

Нагрузки и воздействия подразделяются на механические и немеханической природы, приводящие к снижению несущей способности и эксплуатационной пригодности конструкций

Механические нагрузки (силы, приложенные к конструкции, или вынужденные деформации) учитываются в расчетах непосредственно.

Воздействия немеханической природы, например, влияние агрессивной среды, как правило, в расчете учитывается косвенно.

В зависимости от причин возникновения нагрузки и воздействия подразделяются на основные и эпизодические.

В зависимости от изменчивости во времени нагрузки и воздействия подразделяются на постоянные и переменные (временные). Переменные (временные) нагрузки делятся на: длительные; кратковременные; эпизодические.

Основой для назначения нагрузок являются их характеристические значения.

Расчетные значения нагрузок определяются умножением характеристических значений на коэффициент надежности по нагрузке, зависящий от вида нагружения. В зависимости от характера нагрузок и целей расчета используют четыре вида расчетных значений – предельное; эксплуатационное; циклическое; квазипостоянное. Их значения определяют соответственно по формулам:

F_m = F₀ · γ_{f m} · γ _n, (2.5)

F_e = F₀ · γ_{f e} · γ _n, (2.6)

F_c = F₀ · γ_{f c} · γ _n, (2.7)

F_p = F₀ · γ_{f p} · γ _n (2.8)

где F₀ – характеристические значения нагрузок; γ_fm, γ_fe, γ_fc, γ_fp – коэффициенты надежности по соответствующим нагрузкам;

γ _n – коэффициенты надежности по назначению сооружения, учитывающие степень его ответственности (см. табл. 2.2).

К постоянным нагрузкам относят:

ü вес несущих и ограждающих конструкций здания;

ü вес и давление грунтов (насыпей, засыпок);

ü усилие от предварительного напряжения в конструкциях.

К переменным длительным нагрузкам относят:

ü вес временных перегородок, подливок, подбетонок под оборудование;

ü вес стационарного оборудования и его заполнения жидкостями, сыпучими

телами;

ü давление газов, жидкостей и сыпучих тел в ёмкостях и трубопроводах;

ü нагрузки на перекрытия от складируемых материалов в складах, архивах;

ü температурные технологические воздействия от оборудования;

ü вес слоя воды в водонаполненных покрытиях;

ü вес отложения производственной пыли;

ü воздействия, обусловленные деформациями основания без изменения структуры грунта;

ü воздействия, обусловленные изменением влажности, агрессивности среды,

усадкой и ползучестью материалов.

К переменным кратковременным нагрузкам относят:

ü снеговые нагрузки;

ü ветровые нагрузки;

ü гололедные нагрузки;

ü нагрузки от подвижного подъемно-транспортного оборудования, включая мостовые и подвесные краны;

ü температурные климатические воздействия;

ü нагрузки от людей, животных, оборудования на перекрытия жилых, общественных и сельскохозяйственных зданий;

ü вес людей, ремонтных материалов в зоне обслуживания оборудования;

ü нагрузки от оборудования, возникающие в пускоостановочном, переходном

и испытательном режимах.

К эпизодическим нагрузкам относят:

ü сейсмические воздействия;

ü взрывные воздействия;

ü нагрузки аварийные, вызванные нарушениями технологического процесса, поломкой оборудования;

ü нагрузки, обусловленные деформациями основания с коренным изменением

структуры грунта (при замачивании просадочных грунтов) или оседанием его в районах горных выработок и в карстовых районах.

Характеристические и расчетные значения эпизодических нагрузок определяются специальными нормативными документами.