Класифікація навантажень та їх поєднань
При методиці граничних станів всі навантаження класифіковані в залежності від ймовірності їх впливу на нормативні та розрахункові.
За ознакою впливу навантаження поділяються напостійні та тимчасові. Останні можуть бути тривалого та короткочасного впливу.
Крім того, є навантаження, які виділяються в розряд особливих навантажень і впливів.
Постійні навантаження – власна вага несучих та огороджувальних конструкцій, тиск ґрунту, попередня напруга.
Тимчасові тривалі навантаження – вага стаціонарного технологічного обладнання, вага складованих матеріалів у сховищах, тиск газів, рідин та сипких матеріалів у ємностях тощо.
Короткочасні навантаження - нормативні навантаження від снігу, вітру, рухомого підйомно-транспортного обладнання, маси людей, тварин тощо.
Особливі навантаження – сейсмічні дії, вибухові дії. Навантаження, що у процесі монтажу конструкцій. Навантаження, пов'язані з поломкою технологічного обладнання, впливу, пов'язані з деформаціями основи у зв'язку із змінами структури ґрунту (осадові ґрунти, осаду ґрунтів у карстових районах та над підземними виробками).
Існує іноді термін "корисне навантаження".Корисною називають навантаження, сприйняття яких становить цільне призначення споруд, наприклад, вага людей для пішохідного мосту. Вони бувають як тимчасовими, так і постійними, наприклад, вага монументальної виставкової споруди є постійним навантаженням для постаменту. Для фундаменту вага всіх вищележачих конструкцій також є корисним навантаженням.
При дії на конструкцію кількох видів навантажень зусилля в ній визначаються як за найнесприятливішихпоєднаннях з використанням коефіцієнтів поєднань.
У СНиПе 2.01.07-85 "Навантаження та впливу" розрізняють:
основні поєднання, що складаються з постійних та тимчасових навантажень;
особливі поєднання, що складаються з постійних, тимчасових та одного з особливих навантажень.
При основному поєднанні, що включає одне тимчасове навантаження, коефіцієнт поєднань . За більшої кількості тимчасових навантажень, останні множаться на коефіцієнт поєднань .
У особливих поєднаннях тимчасові навантаження враховуються з коефіцієнтом поєднань, а особливе навантаження - з коефіцієнтом. У всіх видах поєднань постійне навантаження має коефіцієнт.
2.4. Напружений та деформований стан центрально
Облік складного напруженого стану при розрахунку металевих конструкцій здійснюється через розрахунковий опір, який встановлюється на основі випробувань металевих зразків при одновісному навантаженні. Однак у реальних конструкціях матеріал, як правило, знаходиться у складному багатокомпонентному напруженому стані. У зв'язку з цим необхідно встановити правило еквівалентності складного напруженого одноосного стану.
Як критерій еквівалентності прийнято використовувати потенційну енергію, що накопичується в матеріалі при його деформуванні зовнішніх впливів.
Для зручності аналізу енергію деформації можна як суми робіт зі зміни обсягу Ао і зміни форми тіла Аф. Перша не перевищує 13% повної роботи при пружному деформуванні та залежить від середньої нормальної напруги.
Друга робота пов'язана зі зсувами у матеріалі:
1 +
Відомо, що руйнація кристалічної структури будівельних сталей та алюмінієвих сплавів пов'язана зі зсувними явищами у матеріалі (рухдислокацій та ін.).
Робота формозміни (2.4.) є інваріантом, тому при одновісному напруженому стані ? = ? маємо А1 = [(1 + ) / 3Е ] ?
Прирівнюючи це значення виразу (2.4) і витягуючи квадратний корінь, отримаємо:
Ơпр= =Ơ(2.5)
Це співвідношення встановлює енергетичну еквівалентність складного напруженого одноосного стану. Вираз у правій частині іноді називаютьнаведеною напругоюƠпр, маючи на увазі приведення до деякого стану з одновісною напругоюƠ .
Якщо гранично допустима напруга в металі (розрахунковий опір) встановлюється за межею плинності стандартного зразкаƠT,то вираз (2.5) набуває виглядуƠпр = ƠTі є умовою пластичності при складному напруженому стані, тобто. умова переходу матеріалу з пружного стану до пластичного.
У стінках двотаврових балок поблизу програми поперечного навантаження
Ơx 0 . Ơy 0 . τxy 0. іншими компонентами напруг можна знехтувати. Тоді умова пластичності набуває вигляду
Ơпр = = ƠT(2.6)
У точках, віддалених від місця застосування навантаження, можна знехтувати також локальною напругоюƠ y = 0, тоді умова пластичності ще спроститься:Ơпр = = ƠT.
При простому зрушенні з усіх компонентів напруги тільки
τxy 0. тодіƠпр = = ƠT. Звідси
τxy = ?T / = 0,58? T(2.7)
Відповідно до цього висловлювання в СНиПе прийнято співвідношення між розрахунковими опорами на зсув і розтягування
де - Розрахунковий опір зрушенню; - межа плинності.
Поведінка під навантаженням центрально розтягнутого елемента та центрально стисненого за умови забезпечення його стійкості повністювідповідає роботі матеріалу при простому розтягуванні-стиску (рис.1.1,б).
Передбачається, що напруги в поперечному перерізі цих елементів рівномірно розподіляються. Для забезпечення несучої здатності таких елементів необхідно, щоб напруги від розрахункових навантажень у перерізі з найменшою площею не перевищували розрахунковий опір.
Тоді нерівність першого граничного стану (2.2) буде
, (2.8)
де - Поздовжня сила в елементах; - Площа нетто поперечного перерізу елемента; - Розрахунковий опір, що приймається рівним, якщо в елементі не допускається розвиток пластичних деформацій; якщо ж пластичні деформації допустимі, то дорівнює найбільшому з двох значень і (тут і - розрахункові опори матеріалу за межею плинності та тимчасового опору відповідно); - Коефіцієнт надійності по матеріалу при розрахунку конструкції з тимчасового опору; - Коефіцієнт умов роботи.
Перевірка другого граничного стану зводиться до обмеження подовження (укорочення) стрижня від нормативних навантажень
Nn l / (E A ) ∆(2.9)
де - поздовжня сила у стрижні від нормативних навантажень; - розрахункова довжина стрижня, що дорівнює відстані меду точками докладання навантаження до стрижня; - модуль пружності; - Площа брутто поперечного перерізу стрижня; - гранична величина подовження (укорочення).