Расчет железобетонных элементов по предельным состояниям первой группы

Расчеты бетонных и железобетонных конструкций следует про­изводить по методу предельных состояний, включающему:

• предельные состояния первой группы, приводящие к полной непригодности эксплуатации конструкций;
• предельные состояния второй группы, затрудняющие нормаль­ную эксплуатацию конструкций или уменьшающие долговеч­ность зданий и сооружений по сравнению с предусматривае­мым сроком службы.

Расчеты должны обеспечивать надежность зданий или соору­жений в течение всего срока их службы, а также при производстве работ в соответствии с требованиями, предъявляемыми к ним.

Расчеты по предельным состояниям первой группы включают:

• расчет по прочности;
• расчет по устойчивости формы (для тонкостенных конструкций);
• расчет по устойчивости положения (опрокидывание, скольже­ние, всплывание).

Расчеты по прочности бетонных и железобетонных конструкций следует производить из условия, по которому усилия, напряжения и деформации в конструкциях от различных воздействий с учетом на­чального напряженного состояния (преднапряжение, температурные и другие воздействия) не должны превышать соответствующих значений, установленных нормами.

Расчеты по устойчивости формы конструкции, а также по устой­чивости положения (с учетом совместной работы конструкции и основания, их деформационных свойств, сопротивления сдвигу по контакту с основанием и других особенностей) следует произво­дить согласно указаниям нормативных документов на отдельные виды конструкций.

В необходимых случаях в зависимости от вида и назначения конструкции должны быть произведены расчеты по предельным состояниям, связанным с явлениями, при которых возникает необ­ходимость прекращения эксплуатации (чрезмерные деформации, сдвиги в соединениях и другие явления).

Расчет железобетонных элементов по первой группе предель­ных состояний является основным и используется при подборе раз­меров поперечных сечений элементов и арматуры. Расчет по проч­ности проводится для сечений, нормальных к продольной оси эле­мента, а также для наклонных к этой оси сечений наиболее опасного направления.

Условие прочности в общем виде получается из условия равно­весия внутренних и внешних сил в сечениях элементов. Неравен­ство имеет следующий вид:

где F_in — внешнее усилие от нормативных нагрузок (продольная сила N_in, изгибающий момент M_in, поперечная сила Q_in; ψ_i — коэф­фициент сочетания нагрузок (усилий); γ_fi— коэффициент надеж­ности по нагрузке; Ф — функция суммы геометрических характе­ристик сечения S и нормативных сопротивлений материалов и R_bnи R_sn; γ_b, γ_s — соответственно коэффициенты надежности по бетону и арматуре; γ_bi, γ_si — коэффициенты условий работы бетона и армату­ры; γ_n — коэффициент надежности по назначению; γ_m — коэффи­циент надежности по материалу; γ_с — коэффициент условий рабо­ты гидротехнического сооружения.

Физический смысл уравнения выше заключается в том, что мак­симально возможное усилие (изгибающий момент, поперечная или продольная сила) в сечении элемента должно быть меньше или в крайнем случае равно минимально возможной несущей способно­сти сечения.

Нагрузки, действующие на сооружение, в зависимости от про­должительности действия, подразделяются на постоянные (вес ча­стей сооружения, ограждающих конструкций, давление грунта и др.) и временные.

Временные нагрузки подразделяются на длительные, кратков­ременные и особые нагрузки.

К длительным нагрузкам на гидротехнических объектах от­носятся:

• вес стационарного оборудования (емкости, трубопроводы с арматурой и опорными частями, постоянных подъемных ма­шин с их тросами и направляющими, вес жидкости на гидротехническом сооружении);
• нагрузки от людей и оборудования на перекрытия зданий;
• температурные климатические воздействия;
• снеговые нагрузки и др.

Кратковременными считаются:

• нагрузки от оборудования, возникающие в пускоостановоч­ном, переходном и испытательном режимах, а также при его перестановке или замене (механизмы для маневрирования зат­ворами гидротехнических сооружений, лебедки, подвесные краны и т. д.);
• вес людей, ремонтных материалов и инструментов в зонах об­служивания и ремонта оборудования;
• вес людей, животных, транспорта и прочего на проезжих мо­стах и т. д.;
• снеговые нагрузки с полным расчетным значением;
• ветровые, гололедные нагрузки и т. д.

К особым нагрузкам можно отнести:

• сейсмические, взрывные воздействия;
• деформации основания под сооружением, сопровождающиеся коренным изменением структуры грунта или оседанием его в районах горных выработок и в карстовых;
• динамические воздействия от падающей струи водного по­тока.

Сочетания нагрузок, действующих на гидротехнические соору­жения, в зависимости от учитываемого состава нагрузок подразде­ляют на основные и особые нагрузки.

• основные сочетания состоят из постоянных, длительных и крат­ковременных нагрузок;
• в особые сочетания входят постоянные, длительные, кратков­ременные и одна из особых нагрузок.

Временные нагрузки с двумя нормативными значениями вклю­чаются в сочетания как длительные — при учете пониженного нор­мативного значения и как кратковременные — при учете полного нормативного значения.

В особых сочетаниях нагрузок, включающих взрывные воздей­ствия или нагрузки, вызываемые столкновением транспортных средств с элементами сооружений, допускается не учитывать крат­ковременные нагрузки, указанные выше.

При учете в расчетах сочетаний, включающих постоянные и не менее двух временных нагрузок, расчетные значения временных нагрузок или соответствующих им усилий умножаются на коэффи­циенты сочетаний, имеющие следующие значения:

• в основных сочетаниях для длительных нагрузок ψ₁ = 0,95; для кратковременных ψ₂ = 0,9;
• в особых сочетаниях для длительных нагрузок ψ₁ = 0,95; для кратковременных ψ₂ = 0,8;

При учете трех и более кратковременных нагрузок их расчетные значения в основных сочетаниях следует умножать на коэффициент сочетания ψ₂, принимаемый для первой по степени влияния кратков­ременной нагрузки — 1,0, для второй — 0,8, для остальных — 0,6.

Кэффициент надежности по нагрузке γ_fi для веса строительных конструкций, оборудования и фунтов следует принимать по таблице ниже.

При расчете железобетонных конструкций по первой группе предельных расчетные сопротивления бетона R_b и R_bt умножают на коэффициенты условий работы γ_bt:

• γ_b1 = 0,5÷1,0 — учитывает многократно повторяющуюся на­грузку;
• γ_b2 = 0,9÷1,1 — учитывает длительность действия нагрузки на гидротехнические сооружения и условия нарастания прочнос­ти бетона во времени;
• γ_b3 = 0,85 — учитывает снижение прочности верхних слоев бе­тона при укладке его за один прием на высоту более 1,5 м.

Значения коэффициента надежности по нагрузке γ_f