Войти
Расчет предельного состояния (LSD ), также известный как коэффициент нагрузки и сопротивления Проект (LRFD ) относится к методу проектирования, используемому в проектировании конструкций. Предельное состояние - это состояние конструкции, за пределами которого она больше не удовлетворяет соответствующим критериям проектирования. Условие может относиться к степени нагрузки или других воздействий на конструкцию, в то время как критерии относятся к структурной целостности, пригодности к использованию, долговечности или другим конструктивным требованиям. Конструкция, спроектированная LSD, должна выдерживать все действия, которые могут произойти в течение ее проектного срока службы, и оставаться пригодной для использования с соответствующим уровнем надежности для каждого предельного состояния. Строительные нормы и правила, основанные на LSD, неявно определяют соответствующие уровни надежности своими предписаниями.
Метод расчета предельных состояний, разработанный в СССР и основанный на исследованиях под руководством профессора Н.С. Стрелецкого, был введен в СНиП СССР в 1955 году.
Предельное состояние конструкция требует, чтобы структура удовлетворяла двум основным критериям: состоянию (ULS) и предельному состоянию пригодности к эксплуатации (SLS).
Любой процесс проектирования включает в себя ряд допущений. Необходимо оценить нагрузки, которым будет подвергаться конструкция, необходимо выбрать размеры проверяемых элементов и выбрать критерии проектирования. Все критерии инженерного проектирования имеют общую цель: обеспечение безопасности конструкции и обеспечение функциональности конструкции.
Четкое различие проводится между конечным состоянием (US) и конечным предельным состоянием (ULS). США - это физическая ситуация, которая включает в себя либо чрезмерные деформации, приводящие к приближающемуся обрушению рассматриваемого компонента или конструкции в целом, в зависимости от ситуации, либо деформации, превышающие заранее согласованные значения. Это, конечно, связано со значительным неупругим (пластическим) поведением структурной схемы и остаточными деформациями. Принимая во внимание, что ULS - это не физическая ситуация, а скорее согласованное расчетное условие, которое должно быть выполнено, среди других дополнительных критериев, для соответствия инженерным требованиям к прочности и устойчивости при расчетных нагрузках. Считается, что конструкция удовлетворяет критерию предельного состояния, если все учтенные изгибающие, сдвиговые и растягивающие или сжимающие напряжения ниже факторизованных. сопротивления, рассчитанные для рассматриваемого сечения. Упомянутые факторные напряжения находятся путем применения коэффициентов увеличения к нагрузкам на сечение. Коэффициенты уменьшения применяются для определения различных приведенных сопротивлений секции.
Критерии предельного состояния также могут быть установлены с точки зрения нагрузки, а не напряжения: при использовании этого подхода анализируемый элемент конструкции (например, балка или столбец или другие несущие элементы, такие как стены) показаны как безопасные, когда «увеличенные» нагрузки меньше соответствующих «уменьшенных» сопротивлений.
Соблюдение проектных критериев ULS считается минимальным требованием (среди других дополнительных требований) для обеспечения надлежащей структурной безопасности.
1) предельное состояние прогиба
2) предельное состояние растрескивания
3) предельное состояние вибрации
В дополнение к упомянутой выше проверке ULS, должна быть выполнена вычислительная проверка состояния предела службы (SLS). Что касается ULS, то и здесь SLS - это не физическая ситуация, а вычислительная проверка. Цель состоит в том, чтобы доказать, что под действием Характерных расчетных нагрузок (не факторизованных) и / или при применении определенных (не факторизованных) величин наложенных деформаций, оседания или вибрации, температурных градиентов и т. Д. Поведение конструкции соответствует требованиям, и не превышает значений критериев проектирования SLS, указанных в соответствующем действующем стандарте. Эти критерии включают в себя различные пределы напряжения, пределы деформации (прогиб, вращение и кривизну), пределы гибкости (или жесткости), пределы динамического поведения, а также требования к контролю трещин (ширина трещины) и другие меры, связанные с долговечностью конструкции и ее достигнутый уровень повседневного обслуживания и человеческого комфорта, а также способность выполнять свои повседневные функции. Ввиду неструктурных проблем это также может включать ограничения, применяемые к акустике и теплопередаче, которые также могут повлиять на конструктивный дизайн. Чтобы удовлетворить критерию предельного состояния эксплуатационной пригодности, конструкция должна оставаться функциональной для предполагаемого использования с учетом рутинной (читай: повседневной) нагрузки, и как таковая конструкция не должна вызывать неисправности в обычных условиях. Эта расчетная проверка выполняется в точке, расположенной в нижней половине упругой зоны, где применяются характерные (неучтенные) воздействия, а поведение конструкции является чисто эластичным.
Коэффициенты нагрузки и сопротивления определяются с использованием статистики и предварительно выбранной вероятности отказа. В факторах учитывается непостоянство качества строительства, однородность строительного материала. Обычно коэффициент единицы (один) или меньше применяется к сопротивлению материала, а коэффициент единицы или больше - к нагрузкам. Не часто используется, но в некоторых случаях нагрузки коэффициент может быть меньше единицы из-за меньшей вероятности комбинированных нагрузок. Эти факторы могут значительно различаться для разных материалов или даже для разных марок одного и того же материала. Дерево и кладка обычно имеют меньшие факторы, чем бетон, который, в свою очередь, имеет меньшие факторы, чем сталь. Факторы, применяемые к сопротивлению, также учитывают степень научной уверенности в выводе значений - т.е. меньшие значения используются, когда не проводится много исследований по конкретному типу режима отказа). Факторы, связанные с нагрузками, обычно не зависят от типа материала, но могут зависеть от типа конструкции.
При определении конкретной величины факторов более детерминированным нагрузкам (например, собственным нагрузкам, весу конструкции и прочным креплениям, таким как стены, обработка пола, отделка потолка) присваиваются более низкие коэффициенты (например, 1,4), чем сильно изменяющиеся нагрузки, такие как землетрясения, ветер или живые (занятые) нагрузки (1.6). Ударным нагрузкам обычно задаются более высокие коэффициенты (скажем, 2,0), чтобы учесть их непредсказуемые величины и динамический характер нагрузки по сравнению со статической природой большинства моделей. Хотя, возможно, с философской точки зрения он не превосходит допустимые или допустимые напряжения, он может создать более согласованную конструкцию, поскольку предполагается, что каждый элемент имеет одинаковую вероятность отказа. На практике это обычно приводит к более эффективной структуре, и поэтому можно утверждать, что LSD лучше с практической инженерной точки зрения.
Ниже приводится обработка LSD в Национальных строительных нормах Канады :
NBCC 1995 Формат φR>α D D + ψ γ {α L L + α Q Q + α T T}где φ = коэффициент сопротивления ψ = Коэффициент сочетания нагрузок γ = коэффициент важности α D = коэффициент постоянной нагрузки α L = коэффициент динамической нагрузки α Q = коэффициент землетрясения α T = Тепловой эффект (температура) Коэффициент нагрузки
Расчет по предельному состоянию заменил старую концепцию расчета допустимого напряжения в большинстве форм гражданского строительства. Заметным исключением является транспортная техника. Несмотря на это, в настоящее время разрабатываются новые коды как для геотехнической, так и для транспортной инженерии, которые основаны на LSD. В результате большинство современных зданий спроектировано в соответствии с правилами, основанными на теории предельных состояний. Например, в Европе конструкции проектируются в соответствии с Еврокодами : Стальные конструкции проектируются в соответствии с EN 1993 и железобетонными согласно EN 1992. Австралия, Канада, Китай, Франция, Индонезия и Новая Зеландия (среди многих других) используют теорию предельных состояний при разработке своих проектных норм. В самом чистом смысле сейчас считается неуместным обсуждать факторы безопасности при работе с LSD, так как есть опасения, что это может привести к путанице. Ранее было показано, что LRFD и ASD могут производить значительно различные конструкции стальных двускатных рам.
Есть несколько ситуаций, когда ASD производит значительно более легкие конструкции стальных двускатных рам. Кроме того, было показано, что в регионах с высоким уровнем снега разница между методами более значительна.
Соединенные Штаты особенно медленно внедряют расчет по предельным состояниям. (известный как расчет коэффициента нагрузки и сопротивления в США). Нормы проектирования и стандарты выпускаются различными организациями, некоторые из которых приняли проект по предельным состояниям, а другие нет.
Требования строительных норм ACI 318 для конструкционного бетона использует расчет по предельным состояниям.
Спецификация ANSI / AISC 360 для зданий из конструкционной стали, ANSI / и The Aluminium Association содержат два метода проектирования бок о бок:
Напротив, ANSI / и по-прежнему использует расчет допустимого напряжения.
В Европе расчет по предельному состоянию обеспечивается Еврокодами.
.
