При расчете по методу предельных состояний четко выделены предельные состояния конструкции, использована система частных коэффициентов безопасности, введение которых гарантирует, что предельное состояние конструкции не наступит при самых неблагоприятных значениях и сочетаниях нагрузок и минимальных значениях прочностных характеристик материалов.
Предельным состояниемявляется такое состояние, при достижении которого конструктивная система или составляющий ее элемент перестают удовлетворять заданным требованиям.
При расчетах железобетонных конструкций выделяют две группы предельных состояний:
– предельные состояния первой группы, связанные с потерей прочности, устойчивости и другими формами разрушения конструктивной системы или ее элементов, создающего опасность для жизни людей;
– предельные состояния второй группы, затрудняющие нормальную эксплуатацию конструкций и связанные с ограничением: а) чрезмерных деформаций и перемещений, неблагоприятно воздействующих на внешний вид конструкции, затрудняющих протекание технологических процессов, создающих повреждения отделки и других неконструктивных элементов; б) недопустимого трещинообразования в бетоне конструкции, неблагоприятно влияющего на ее внешний вид и долговечность; в) вибрационных воздействий, создающих дискомфорт для людей, повреждения зданий или их частей.
Расчеты по предельным состояниям первой группы, являются наиболее важными и ответственными, т.к. они предопределяют безопасность конструкции и включают:
– расчеты по прочности;
– расчеты по устойчивости формы и устойчивости положения (опрокидывание, скольжение, всплытие и т.д.);
– расчеты на выносливость при действии многократно повторяющейся нагрузки.
Расчет по предельным состояниям первой группы производят из условия, по которому усилия от расчетных воздействий не превышают предельных усилий, которые может воспринять конструкция в расчетном сечении с трещиной. Расчетным критерием исчерпания несущей способности конструкций и систем из них при действии изгибающих моментов, продольных и поперечных сил следует считать исчерпание прочности сечений, влекущее за собой потерю геометрической неизменяемости конструкции, системы или отдельного элемента.
Расчеты по предельным состояниям второй группы включают:
– расчеты по образованию, раскрытию и закрытию (зажатию) трещин;
– расчеты по деформациям (прогибам, перемещениям).
При расчете по предельным состояниям второй группы проверяется общее условие, согласно которому значения расчетных эффектов, вызванных воздействиями (ширина раскрытия трещин или прогибы) не должны превышать допустимых значений, установленных нормативным документом.
При назначении частных коэффициентов безопасности метода предельных состояний нормативные документы допускают два подхода:
а) по соглашению специалистов, основываясь на долговременном инженерном опыте проектирования и строительства объектов (метод экспертных оценок);
б) по результатам статистического моделирования на базе экспериментальных данных и полевых наблюдений, исходя из назначенной меры безопасности конструкции.
Как показывает анализ, принятая в нормативных документах система частных коэффициентов безопасности позволяет производить расчет по первой группе предельных состояний конструкций, относящихся в основном ко второму классу надежности.
При расчетах по предельным состояниям второй группы используют нормативные значения воздействий и нормативные значения характеристик свойств материалов, принимая значения частных коэффициентов безопасности равными единице.
Расчет бетонных, железобетонных и предварительно напряженных конструкций по прочности следует производить исходя из общего условия метода предельных состояний
Sd £ Rd (7.1)
где Sd ¾ внутреннее усилие или вектор внутренних усилий, вызванных расчетным воздействием в рассматриваемом сечении конструкции;
Rd ¾ предельное усилие или вектор предельных усилий, которые способна воспринять конструкция в сечении, нормальном к продольной оси, и определяемые в общем случае:
¾ при линейно-упругом, нелинейном, пластическом расчетах сечений:
; (7.2)
¾ при нелинейных расчетах конструкций:
, (7.3)
где fcm — средняя прочность бетона;
fyR= 1,1fyk;
fpR=1,0fpk;
ad— геометрические размеры сечения;
gR — коэффициент, равный 1,35.
Расчет по раскрытию трещин следует производить из условия
wk£ wlim , (7.4)
где wk — расчетная ширина раскрытия трещин;
wlim — предельно допустимая ширина раскрытия трещин.
Расчет железобетонных конструкций по деформациям следует производить из условия:
ak£ alim, (7.5)
где ak — прогиб (перемещение) железобетонной конструкции от действия внешней нагрузки, мм;
alim — предельно допустимый прогиб (перемещение), мм.
; (7.2)
, (7.3)