15
Готовимся к проверкам по предельным состояниям.
Опубликовано: 07.10.2016 19:14.
Эта статья является частью проектного курса Расчет строительных конструкций с нуля. который обучает слушателя правильному выбору расчетных схем, сбору нагрузок, моделированию и расчету строительных конструкций. Применение САПР в рамках курса сознательно сведено к минимуму, чтобы слушатель понял алгоритм проектных действий и научился проектировать элементы конструкции "вручную". По мнению автора курса, это особенно важно для начинающих инженеров.
Курс опирается на нормативные документы СНГ, в частности — СНиП по расчету железобетонных и металлических конструкций (или его национальные аналоги ДБН, РК, СП) и состоит из трех модулей.
Теоретическая часть (статьи.
Стажировка (проектные задачи.
Поддержка тьютора (онлайн-консультации.
Статьи курса.
Как пройти бесплатный онлайн-курс "Расчет строительных конструкций с нуля.
Просто присоединитесь к группе нашего Сообщества и следите за анонсом. А пока — приятного чтения.
На данном этапе мы уже понимаем, что расчеты строительных конструкций проводятся в соответствии с какими-то нормами. Какими — однозначно сказать нельзя, поскольку в разных странах используются разные стандарты проектирования.
Так, в странах СНГ применяются различные версии нормативов, основанные на советских СНиПах и ГОСТах; в странах Европы преимущественно перешли на Еврокод (Eurocode, EN), а в США применяются ASCE, ACI и пр. Очевидно, что Ваш проект будет привязан к нормам той страны, откуда этот проект заказан или где он будет реализован.
Если нормы — разные, то и расчеты — разные.
Этот вопрос так сильно беспокоит начинающих расчетчиков, что я выделил его в отдельный параграф. Действительно: если открыть какие-нибудь иностранные нормы проектирования и сравнить их, например, со СНиП — может сложиться впечатление, что зарубежная система проектирования основана на совершенно иных принципах, методах, подходах.
Однако следует понимать, что нормы проектирования не могут противоречить фундаментальным законам физики и обязаны опираться на них. Да, в них могут использоваться различные физические характеристики, коэффициенты, даже модели работы тех или иных строительных материалов, однако все они объединены общей научной базой, основанной на сопротивлении материалов, строительной и теоретической механике.
Вот как выглядит проверка прочности элемента металлоконструкции, испытывающего растяжение, по Еврокоду [3.
А вот как выглядит аналогичная проверка по одной из последних версий СНиП [4.
Нетрудно догадаться, что и в первом, и во втором случае усилие от внешней нагрузки (в числителе) не должно превышать усилия, характеризующего несущую способность конструкции (в знаменателе). Это наглядный пример общего, научно обоснованного подхода к проектированию зданий и сооружений инженерами разных стран.
Концепция предельного состояния.
Однажды (на самом деле, много лет назад) ученые и инженеры-исследователи заметили, что не совсем правильно проектировать элемент на основании какой-то одной проверки. Даже для сравнительно простых конструкций, вариантов работы каждого элемента может быть очень много, да и строительные материалы в процессе износа меняют свои характеристики. А если рассмотреть еще аварийные и ремонтные состояния сооружения, то это приводит к необходимости упорядочения, сегментации, классификации всех возможных состояний конструкции.
Так родилось понятие “предельного состояния”. Лаконичная трактовка приводится в Еврокоде [5.
“ предельное состояние — такое состояние сооружения, при котором сооружение не отвечает надлежащим расчетным критериям.
Можно сказать, что предельное состояние наступает тогда, когда работа сооружения под нагрузкой выходит за рамки проектных решений. Например, мы спроектировали стальной рамный каркас, но в определенный момент его эксплуатации одна из стоек потеряла устойчивость и согнулась — налицо переход в предельное состояние.
Метод расчета строительных конструкций по предельным состояниям является главенствующим (он сменил менее “гибкий” метод допускаемых напряжений) и используется сегодня как в нормативной базе стран СНГ, так и в Еврокоде. Но как инженеру использовать это абстрактное понятие в конкретных расчетах.
Группы предельных состояний.
Прежде всего нужно понять, что каждый Ваш расчет будет относиться к тому или иному предельному состоянию. Расчетчик моделирует работу сооружения не в каком-нибудь абстрактном, а именно в предельном состоянии. То есть все проектные характеристики конструкции подбираются, исходя из предельного состояния.
При этом, Вам не нужно постоянно задумываться о теоретической стороне вопроса — все необходимые проверки уже помещены в нормы проектирования. Выполняя проверки, Вы тем самым не допускаете наступление предельного состояния для проектируемой конструкции. Если все проверки будут удовлетворены, то можно считать, что предельное состояние не наступит до окончания жизненного цикла сооружения.
Поскольку в реальном проектировании инженер имеет дело с сериями проверок (по напряжениям, моментам, силам, деформациям), то все эти расчеты условно группируют, и говорят уже о группах предельных состояний.
предельные состояния I группы (в Еврокоде — по несущей способности.
предельные состояния II группы (в Еврокоде — по эксплуатационной пригодности.
Если наступило первое предельное состояние, то.
конструкция разрушена.
конструкция еще не разрушена, но малейшее увеличение нагрузки (или изменение других условий работы) ведет к разрушению.
Вывод очевиден: дальнейшая эксплуатация здания или сооружения, пребывающего в первом предельном состоянии, невозможна ни при каких условиях.
Рисунок 1. Разрушение жилого дома (первое предельное состояние.
Если конструкция перешла во второе (II) предельное состояние, то ее эксплуатация еще возможна. Однако это вовсе не означает, что с ней всё в порядке — отдельные элементы могут получить существенные деформации.
Как правило, переход конструкции во второе предельное состояние требует каких-либо ограничений в эксплуатации, например, снижения нагрузки, уменьшения скорости движения и т. п.
Рисунок 2. Трещины в бетоне здания (второе предельное состояние.
С точки зрения сопротивления материалов.
На "физическом уровне" наступление предельного состояния означает, например, что напряжения в элементе конструкции (или группе элементов) превышают некоторый допустимый порог, называемый расчетным сопротивлением. Это могут быть и другие факторы напряженно-деформированного состояния — например, изгибающие моменты, поперечные или продольные силы, превышающие в предельном состоянии несущую способность конструкции.
Проверки по первой группе предельных состояний.
Чтобы предотвратить наступление I предельного состояния, инженер-проектировщик обязан проверить характерные сечения конструкции.
на прочность.
на устойчивость.
на выносливость.
На прочность проверяются все без исключения несущие элементы конструкции, вне зависимости от материала, из которого они изготовлены, а также формы и размеров поперечного сечения. Это самая главная и обязательная проверка, без которой расчетчик не имеет права на спокойный сон.
Проверка на устойчивость выполняется для сжатых (центрально, внецентренно) элементов.
Проверка на выносливость должна проводиться для элементов, которые работают в режимах циклического нагружения и разгрузки, чтобы предотвратить усталостные эффекты. Это характерно, например, для пролетных строений железнодорожных мостов, так как при движении поездов нагружающая и разгружающая стадии работы постоянно чередуются.
В рамках данного курса мы познакомимся с основными проверками на прочность железобетонных и металлических конструкций.
Проверки по второй группе предельных состояний.
Чтобы предотвратить наступление II предельного состояния, инженер-проектировщик обязан проверить характерные сечения.
на деформации (перемещения.
на трещиностойкость (для железобетонных конструкций.
С деформациями следует связывать не только линейные перемещения конструкции (прогибы), но и углы поворота сечений. Обеспечение же трещиностойкости является важным этапом в проектировании железобетонных конструкций как из обычного, так и предварительно напряженного железобетона.
Примеры расчетов для железобетонных конструкций.
В качестве примера рассмотрим, какие проверки необходимо выполнить при проектировании конструкций из обычного (ненапряженного) железобетона по нормам [1], [6.
Таблица 1. Группировка расчетов по предельным состояниям.
M — изгибающий момент; Q — поперечная сила; N — продольная сила (сжимающая или растягивающая); e — эксцентриситет приложения продольной силы; T — крутящий момент; F — внешняя сосредоточенная сила (нагрузка); ? — нормальное напряжение; a — ширина раскрытия трещины; f — прогиб конструкции.
Обратите внимание, что для каждой группы предельных состояний выполняются целые серии проверок, а вид проверки (формула) зависит от того, в каком напряженно-деформированном состоянии пребывает элемент конструкции.
Мы уже вплотную подошли к тому, чтобы научиться рассчитывать строительные конструкции. При следующей встрече поговорим о нагрузках, и сразу приступим к расчетам.
Пути роста практикующего инженера.
Второй путь роста — присутствие в Вашей жизни Ментора. Это модное сегодня название для человека, которого раньше ещё называли Учителем. Такого человека сложно найти, да и по большому счёту, целенаправленный поиск обычно.
Динамика сооружений: что обязан знать каждый проектант.
Предлагаем вашему вниманию небольшой авторский курс лекций, посвященный базовым вопросам динамики строительных конструкций, зданий и сооружений. В рамках курса обсуждаются вопросы проектирования.
Диссертация по динамике мостов (скачать бесплатно.
Данный подход применен к расчету железобетонных и металлических балочных пролетных строений мостов в условиях пропуска по ним грузовых поездов.
Многострадальный мост "Сан-Франциско – Окленд": как шедевр потерпел фиаско.
Они были элитными архитекторами, инженерами, сейсмологами и академиками — но лишь некоторые из них представляли, как нужно проектировать и строить мосты. После годичной подготовки.
Оптимизация конструкций при разработке механических продуктов. Часть 2.
Оптимизация конструкций объединяет класс оптимизационных задач, в которых определение целевой функции или ограничений требует использования анализа конструкций.
Как не бояться проектировать.
Если Вы учились в строительном вузе на кафедре железобетонных конструкций, то скорее всего, сейчас Ваша работа не связана с проектированием металлических конструкций.
Задачи к курсу "Расчет строительных конструкций — с нуля.
В рамках проекта Dystlab Education лаборатория Dystlab реализовала учебный курс "Расчет строительных конструкций — с нуля!". Здесь представлены практические задания и материалы, которые позволяют закрепить.
Как инженеру начать зарабатывать на фрилансе.
Совет начинающим фрилансерам: беритесь только за те проекты, в которых Вы компетентны! В противном случае, рискуете заработать себе репутацию скверного специалиста.
Динамика сооружений для инженеров. Динамика vs. Статика.
Не всегда можно однозначно сказать, является ли нагрузка статической или динамической. Например, к какой категории отнести порыв ветра? С одной стороны, налицо сложная аэродинамическая нагрузка, которая оказывает пульсирующее воздействие на сооружен.
Управление надежностью и качеством проектирования по Еврокоду.
Еврокод также поднимает важный вопрос квалификации инженерных кадров. Так, среди прочих условий по обеспечению долговечности конструкции (п. 2.4 EN 1990), рекомендуется обращать внимание.
Динамика сооружений для инженеров. Предисловие.
В этом цикле статей я постараюсь доступным языком объяснить, что такое динамика, как она "работает" в строительных конструкциях, где может быть применима, как ее посчитать.
Композиция и художественные средства архитектуры.
Художественные средства — это то, из чего создается архитектура. Можно сказать, это кирпичики архитектурной композиции для создания функционального, тектонического и эстетически целостного здания.
Геометрические характеристики плоских сечений.
Единственной геометрической характеристикой поперечного сечения, от которой зависят прочность и жесткость стержня при его растяжении или сжатии, является площадь сечения. Форма сечения при этом не имеет значения.
33 статьи о динамике мостов в свободном доступе.
Данная научная проблематика изучалась автором во время работы на кафедре мостов Днепропетровского национального университета железнодорожного транспорта.
Как получить список моноширинных шрифтов в Delphi.
Функция вернёт строку, в которой будет размещён список моноширинных шрифтов, разделенных знаками переноса строки. В теле функции происходит обращение к каждому шрифту системы и вывод текста на некоторую канву C.
Инженерия: задачи, вызовы, перспективы. Часть 2.
В понимании, близком к современному, инженерное образование зародилось в Европе еще в начале XVIII века. Так, в 1707 году в Праге было основано.
Определение нагрузки по Еврокоду с применением математической статистики.
Работая со СНиП «Нагрузки и воздействия», мы имеем дело с двумя значениями нагрузок — нормативной и расчетной, причем расчетная нагрузка так или иначе «опирается» на нормативное значение. Но Еврокод 1990 предписывает.
Єврокод в Україні.
Україна здійснила безпрецендентний для країн СНД порив, не тільки випустив гармонізовані з Єврокодами Національні стандарти України, а й легалізував їх у якості нормативної бази, яка діє паралельно з вітчизняними нормами проектування.
Использование математических библиотек BLAS, LAPACK в среде программирования Delphi.
BLAS (Basic Linear Algebra Subprograms) – программная библиотека, предоставляющая стандартные процедуры для основных математических операций над векторами и матрицами; LAPACK (Linear Algebra PACKage.
Цикл статей "Как рождается архитектура.
Однажды ко мне обратились с необычной просьбой: “Научите, пожалуйста, рисовать фасады! Ведь есть же какие-то общие правила построения красоты — может быть, для успешной работы.
Контекст и среда будущего сооружения.
В 80-е годы прошлого века он плотно изучал русский север и оказалось, что дома в некоторых русских деревнях на севере расставлены в таком порядке, что если переложить их на нотный ряд, выходят.
*