Теория предельных состояний

План лекции.

1. Группы предельных состояний.

2. Расчёт оснований и фундаментов по предельным состояниям

3. Нагрузки на фундаменты.

Основное требование расчета оснований и фундаментов по предельным состояниям заключается в том, что бы усилия и напряжения, возникающие в основаниях и фундаментах, а также их деформации и перемещения были близки к установленным предельным значениями, но не превышали их. Это стремление объясняется требованиями экономичности, предъявляемыми к устройству оснований и фундаментов. При невыполнении этого условия, т.е. если напряжения и деформации значительно меньше предельных, потребуется устройство фундаментов с большими размерами подошвы, что приводит к увеличению объемов строительных работ и перерасходе материалов, а следовательно, к удорожанию фундаментов. С другой стороны, если усилия, напряжения и деформации превысят предельные значения, или может произойти разрушение фундамента, или его осадка будет настолько велика, что здание или сооружение не будет отвечать условиям нормальной эксплуатации.

Кроме требований экономичности, расчет по предельным состояниям обеспечивает и необходимую надежность оснований и фундаментов. Предельные состояния подразделяют на две группы:

І – по потере несущей способности. При расчетах по данной группе должны быть исключены все возможные формы разрушений и потери устойчивости под действием силовых факторов или неблагоприятных воздействий внешней среды;

ІІ —по непригодности к нормальной эксплуатации. При расчетах по этой группе должны быть исключены недопустимые деформации (осадки, прогибы, выгибы, крены и углы поворота) оснований и фундаментов, а также чрезмерное раскрытие трещин в элементах конструкций фундаментов.

Расчет оснований ведется, прежде всего, по второй группе предельных состояний, так как под действием давления, передаваемого через фундамент, большинство грунтов испытывает значительные деформации, не разрушаясь. И только в особых случаях при очень слабых грунтах (при недостаточности их несущей способности) необходимо дополнительно рассчитывать основания по первой группе предельных состояний.

Расчет самих фундаментов ведется, прежде всего, по первой группе предельных состояний, так как деформа­ции железобетонных фундаментов в момент, непосредственно предшествующий моменту потери ими несущей способности (разрушению), часто не превышают предельно допустимых значений.

При расчете по первой группе предельных состояний должно выполняться условие:

где - усилие от расчетной нагрузки, зависящее от метода расчета оснований или фундаментов, их геометрических размеров, нормативных нагрузок и коэффициентов надежности; – наименьшая несущая способность, зависящая от прочности основания или материала фундамента, коэффициентов надежности и условий работы.

При расчете по второй группе предельных состояний

где – деформация, полученная в результате расчета оснований методами механики грунтов за определенный промежуток времени; – предельно допустимая деформация, определяемая условиями нормальной эксплуатации данного здания или сооружения, устанавливаемая строительными нормами.

Для железобетонных фундаментов, помимо выполнения вышеприведенных условий, необходимо соблюдение следующего положения:

(1.28)

где – ширина раскрытия нормальных и наклонных трещин, определяемая методами расчета железобетонных конструкций;

— предельно допустимая ширина раскрытия трещин в фундаменте, устанавливаемая нормами проектирования железобетонных конструкций.

При проектировании по предельным состояниям экономичность и надежность, несущую способность и нормальную эксплуатацию обеспечивают введением расчетных коэффициентов, которые позволяют раздельно учесть различные особенности грунтов основания, специфику действующих нагрузок и особенности конструктивных схем зданий и сооружений.

Нагрузки бывают нормативными и расчетными. Основной характеристикой нагрузки является ее норматив­ное значение, устанавливаемое СНиП П-6-74 «Нагрузки и воздействия». Расчетная нагрузка определяется как произведение нормативной нагрузки на коэффициент надежности. Коэффициент надежности по нагрузке учитывает возможность отклонения внешних нагрузок в реальных условиях от нагрузок, принятых в проекте.

В зависимости от продолжительности действия нагрузки подразделяют на постоянные и временные. Постоянными являются нагрузки, которые при строительстве и эксплуатации сооружения действуют постоянно; временными – нагрузки, которые в отдельные периоды строительства и эксплуатации могут отсутствовать. К постоянным нагрузкам относят собственный вес несущих и ограждающих конструкций и давление грунтов в природном залегании. Постоянные нагрузки определяют по проектным данным на основании геометрических размеров конструкций как произведение их плотности на объем. Значения плотности, кг/м³, некоторых строительных материалов приведены ниже:

Железобетон:

монолитный………………………………………………………...2400

сборный…………………………………………………………..…2500

Сталь………………………………………………………………..….7850

Дерево………………………..…………………………………..….…500

Цементно-песчаный раствор…………………………………2000—2200

Асфальтобетон:

песчаный…………………………………………………………….2000

среднезернистый……………………………………………………2300

Утеплители:

из ячеистых бетонов…………………………………………….....400—600

минераловатные плиты……………………………………………300—500

перлитовые и вермикулитовые плиты на цементном

вяжущем………………………………………………………..…..300—500

пено- и газостекло………………………………………………….200—300

шлаки гранулированные, пемза, перлит………………………….300—700

Для практических расчетов полезно знать массу некоторых элементов кровельных покрытий, кг/м²:

Рулонный ковер из рубероида на битумной мастике:

в один слой…………………………………………………………3-5

в три слоя……………………………………………………………10-15

Пароизоляция (два слоя пергамина на битумной мастике)………..5—6

Временные нагрузки подразделяют на длительно действующие, кратковременные и особые. К длительно действующим нагрузкам относят: вес временных перегородок, вес стационарного оборудования, давление газов и жидкостей, нагрузка от складируемых материалов, температурные технологические и климатические воздействия, неравномерные деформации основания и вес мостового оборудования. Значения коэффициентов надежности по нагрузке . Для постоянных и длительно действующих временных нагрузок приведены ниже:

Постоянные нагрузки

Вес бетонных (плотностью более 1800 кг/м³), железобетонных,

каменных, армокаменных, металлических и деревянных

конструкций……………………………………………………..….……….1,1

Вес бетонных (плотностью 1800 кг/м³ и менее) конструкций, а также изоляционных, выравнивающих и отделочных слоев (плиты, скорлупы, материалы в рулонах, засыпки, стяжки и т.д.), выполняемых:

в заводских условиях……………………………………………………..1,2

на строительной площадке……………………………………………….1,3

Давление грунтов:

в природном залегании……………………………………………………1,1

насыпных…………………………………………………………………..1,2

Временные длительно действующие нагрузки

Вес стационарного оборудования и изоляции…………………………..1,2

Давление от заполнения оборудования (кроме трубопроводов):

жидкостями………………………………………………..…………….1,1

суспензиями, шлаками, сыпучими телами…………………………….1,2

Давление от заполнения трубопроводов:

жидкостями………………………………………………………………1,0

суспензиями, шлаками, сыпучими телами…………………………….1,1

Вес погрузчиков и каров………………….……………………………….1,2

К кратковременным нагрузкам относятся: вес людей, ремонтных материалов, нагрузки, возникающие при изготовлении и возведении строительных конструкций, нагрузки от временно складируемых материалов и насыпного грунта, нагрузки от подвижного подъемно-транспортного оборудования, нагрузки на перекрытиях жилых и общественных зданий, снеговые и ветровые нагрузки.

К особым нагрузкам относятся: сейсмические и взрывные воздействия, нагрузки, вызываемые резкими нарушениями технологического процесса, и воздействия от неравномерных осадок основания, сопровождающиеся изменением структуры грунта.

При расчете фундаментов и оснований многоэтажных зданий, названных в п. 1 и 2 табл. 1.10, временные нагрузки на перекрытия допускается снижать на величину:

(1.29)

для зданий и сооружений, названных в п. 4 табл. 1.10, -

(1.30)

где — число загруженных перекрытий, нагрузка от которых передается на фундаменты и основания; при .

При расчете по первой группе предельных состояния нагрузки определяют по следующим формулам:

постоянные

(1.31)

временные

(1.32)

временные на перекрытияI

(1.33)

При расчете по второй группе предельных состояний коэффициент надежности по нагрузке принимается равным 1.

Для учета вероятности одновременного действия нескольких нагрузок – постоянных, временных, длительно действующих и кратковременных – вводят коэффициент сочетаний. Все конструкции, в том числе основания и фундаменты, всегда рассчитывают на максимальные усилия, которые дают комбинации нескольких нагрузок, называемых сочетаниями нагрузок. Сочетания нагрузок подразделяют на основные и особые.

Если максимальное усилие дают все постоянные и временные длительно действующие нагрузки, а также одна кратковременная нагрузка, то такое сочетание называют основным сочетанием первой группы и коэффициент сочетания для него принимают равным 1. При максимальном усилии, определяемом всеми постоянными, временными, длительно действующими, а также двумя или более кратковременными нагрузками, говорят об основном сочетании второй группы, для которого коэффициент сочетаний принимают равным 0,9.

Если максимальное усилие дают все постоянные, временные и особые нагрузки, то такое сочетание называют особым, для которого коэффициент сочетаний равен 0,8.

Коэффициенты надежности по материалу и грунту учитывают отклонения расчетных значений физико-механических характеристик материалов, возможные в результате неточности определения и случайных отклонений при отборе образцов. Расчетное значение этих характеристик получают делением нормативного значения на соответствующее значение коэффициента надежности.

Коэффициент надежности по назначению сооружения учитывает степень ответственности зданий и сооружений, а также недостаточное соответствие расчетных схем реальным условиям работы оснований и фундаментов и степень погрешности, вносимую самой теорией предельных состояний. На этот коэффициент обычно делят значение расчетных сопротивлений материалов.

Коэффициент условий работы учитывает особенности физико-механических свойств отдельных пластов грунта, условия и характер работы оснований и фундаментов, а также некоторые факторы, не отраженные в расчетах прямым путем. Этот коэффициент обычно умножают на значение расчетных сопротивлений материалов.

Прежде чем приступать к проектированию оснований и фундаментов, необходимо изучить конструктивную и расчетную схемы сооружения, оценить его жесткость и установить возможный характер и предельные значения деформаций.

По жесткости все сооружения можно разбить на три типа: гибкие, жесткие и обладающие конечной жесткостью. Гибкие сооружения следуют за перемещением оснований, при этом в случае возникновения неравномерных осадок в конструкциях таких сооружений не возникает значительных дополнительных усилий.

Дата добавления: 2014-05-28; просмотров: 904; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!