Методы расчета металлических конструкций по предельным состояниям. Расчетные сопротивления

Металлические конструкции рассчитывают на все виды сило­вых воздействий по методу предельных состояний. Сечения по ме­тоду предельных состояний выбираются минимально необходимы­ми при воздействии на них максимально возможной силы в самых неблагоприятных условиях работы.

При расчете конструкций по первой группе предельных состояний (по несущей способности) условие прочности с учетом коэффи­циентов надежности в общем виде можно представить функцией

где ∑N_nγ_fγ_lc — расчетное усилие, полученное от различных на­грузок со своими коэффициентами надежности по нагрузкам и со­четаний; Ф — функция несущей способности; S — геометрические характеристики сечения. Смысл этой формулы состоит в том, что наибольшее внешнее расчетное усилие не должно превышать наи­меньшую несущую способность.

За нормативное сопротивление металла R_yn как правило, при­нимают наименьшее значение предела текучести, гарантированное соответствующими ГОСТами и ТУ, т. е. R_yn = σ_y.

Для хрупких металлов, а также в тех случаях, когда эксплуата­ция конструкций, работающих на растяжение, возможна и после достижения металлом предела текучести, за величину нормативно­го сопротивления R_un принимают наименьшее значение временно­го сопротивления на разрыв (предел прочности), т. е. R_un = σ_u. Рас­четное сопротивление R_y или R_u (по пределу текучести или по вре­менному сопротивлению) определяют делением нормативного сопротивления на коэффициент надежности по материалу γ_m> 1. Для различных марок сталей значение γ_m меняется от 1,025 до 1,15.

Особенности работы сооружений, элементов и их соединений, не отражаемые в расчетах прямым путем, учитывают коэффициен­тами условий работы γ_c, который вводится, например, при расчете балок, сжатых элементов решетчатых конструкций, гидротехничес­ких сооружений. Некоторые значения γ_c приведены ниже.

Элементы конструкций.............γ_c

Сплошные балки и сжатые элементы ферм перекрытий под различными залами при весе

перекрытий, равном или большем полезной нагрузки.............0,9

Колонны общественных зданий и опор водонапорных башен.............0,95

Сжатые основные элементы (кроме опорных) решетки составного таврового сечения из уголков сварных ферм покрытий и перекрытий (например, стропильных и аналогичных им ферм) при гибкости λ > 60.............0,8

Сплошные балки при расчетах на общую устойчивость.............0,95

Затяжки, тяги, оттяжки, подвески, выполненные из прокатной стали.............0,9

Сжатые элементы из одиночных уголков, прикрепляемые одной полкой (для неравнополочных уголков только меньшей полкой), за исключением сжатых элементов решетки пространственных решетчатых конструкций и плоских ферм из одиночных уголков 0,75

Примечания. 1. Коэффициенты условий работы при расчете одновременно учитывать не следует. 2. Коэффициенты условий работы при расчете соединений рассматриваемых элементов учитывать не следует.

В гидротехнических сооружениях коэффициенты условий работы отражают приведение теоретических расчетов в соответствии с действительными условиями работа конструкций, учитывают возможные отступления действительной конструкции от спроектированной (в пределах допусков, определяемых ТУ на изготовление и монтаж механи­ческого оборудования и стальных конструкций гидротехнических со­оружений). Кроме того, этот коэффициент учитывает возможность появления не предусмотренных расчетом различных неблагоприятных условий работы конструкции и условность расчетной схемы. Для боль­шинства затворов принимают коэффициент условий работы γ_c = 0,72.

Для элементов конструкций, рассчитываемых на прочность по временному сопротивлению, следует дополнительно учитывать ко­эффициент надежности γ_u = 1,3.

Расчетные сопротивления для проектирования стальных кон­струкций зданий и сооружений, изготовляемых из проката и труб, для различных видов напряженных состояний определяют по сле­дующим формулам:

• при работе на растяжение, сжатие и'изгиб по пределу текучес­ти R_y=R_yn/γ_m;
• то же, по временному сопротивлению R_u=R_un/γ_m;
• при сдвиге R_s = 0,58R_y;
• при смятии торцевой поверхности (при наличии пригонки) R_p=R_un/γ_m.

R_u=R_unγ_c / γ_mγ_uγ_n

В таблице ниже приведены расчетные сопротивления некоторых ма­рок строительных сталей.

Нормативные сопротивления при растяжении, сжатии и изгибе проката для стальных конструкций зданий и сооружений