Строительные стали.Нормативные и расчетные сопротивления,коэффициенты надежности

1.Строительные  стали. Нормативные и расчетные  сопротивления. коэффициенты надежности.

Строительными сталями называют все незакаливающиеся стали. На строительную сталь, называемую также массовой сталью, приходится свыше 90% производства стали. Строительная сталь применяется для общественных целей, а также для деталей машин. Она изготавливается легированной и нелегированной.Нелегированная строительная сталь называется обычной строительной сталью (основной сталью). Для ее применения основной характеристикой является прочность на растяжение. Прочность стали на растяжение тем больше, чем выше содержание углерода. Однако стали с высоким содержанием углерода хуже обрабатываются.

1.   Метод расчета по предельным состояниям

Под предельными состояниями  подразумевают такие состояния, при которых конструкции перестают  удовлетворять заданным эксплуатационным требованиям или требованиям  при производстве работ.

В расчетах конструкций на действие статических и динамических нагрузок и воздействий, которым  они могут подвергаться в течение  строительства и заданного срока  службы, учитываются следующие предельные состояния:

первой группы — по потере несущей способности и (или) полной непригодности к эксплуатации конструкций

второй группы — по затруднению нормальной эксплуатации сооружений.

К предельным состояниям первой группы относятся: общая потеря устойчивости формы; потеря устойчивости положения; разрушение любого характера; переход конструкции в изменяемую систему; качественное изменение конфигурации; состояния, при которых возникает необходимость прекращения эксплуатации в результате текучести материала, сдвигов в соединениях, ползучести, недопустимых остаточных или полных перемещений или чрезмерного раскрытия трещин.

Первая группа по характеру  предельных состояний разделяется  на две подгруппы: по потере несущей  способности (первые пять состояний) и по непригодности к эксплуатации (шестое состояние) вследствие развития недопустимых по величине остаточных перемещений (деформаций).

К предельным состояниям второй группы относятся состояния, затрудняющие нормальную эксплуатацию или снижающие долговечность вследствие появления недопустимых перемещений (прогибов, осадок, углов поворота, колебаний, трещин и т. п.).

Предельные состояния  первой группы проверяются расчетом на максимальные (расчетные) нагрузки и воздействия, возможные при  нарушении нормальной эксплуатации, предельные состояния второй группы – на эксплуатационные (нормативные) нагрузки и воздействия, отвечающие нормальной эксплуатации конструкций.

Надежность и гарантия от возникновения предельных состояний  конструкции обеспечиваются надлежащим учетом возможных наиболее неблагоприятных  характеристик материалов; перегрузок и наиболее невыгодного (но реально  возможного) сочетания нагрузок и  воздействий; условий и особенностей действительной работы конструкций  и оснований; надлежащим выбором  расчетных схем и предпосылок  расчета, учетом в необходимых случаях  пластических и реологических свойств  материалов.

Это условие  для первой группы предельных состояний  по несущей способности может быть записано в общем виде:

             (3.1)

где N — усилие, действующее в рассчитываемом элементе конструкций (функция нагрузок и других воздействий);S - предельное усилие, которое может воспринять рассчитываемый элемент (функция физико-механических свойств материала, условий работы и размеров элементов).

Нормативные и расчетные  сопротивления.

А. Нормативные  сопротивления.

Основными характеристиками сопротивления материалов силовым  воздействиям являются нормативные  сопротивления R_т^н R_в^н устанавливаемые нормами проектирования строительных конструкций.Механические свойства материалов изменчивы, поэтому нормативные сопротивления устанавливают на основе статистической обработки показателей механических свойств материалов, выпускаемых нашей промышленностью. Значения нормативных сопротивлений устанавливают такими, чтобы обеспеченность их составляла не менее 0,95.Значение нормативного сопротивления стали равно значению контрольной или браковочной характеристики, устанавливаемой соответствующими государственными стандартами и имеет обеспеченность не менее 0,95.Для углеродистой стали и стали повышенной прочности и алюминиевых сплавов за основную характеристику нормативного сопротивления принято значение предела текучести, поскольку при напряжениях, равных пределу текучести, в растянутых, изгибаемых и других элементах начинают развиваться пластические деформации, а сжатые элементы начинают терять устойчивость. Однако в случае, когда переход материала в пластическое состояние выражен нечетко (нет площадки текучести), как, например, в тросах, или когда значения показателей текучести близко подходят к временному сопротивлению (стали высокой прочности), а также в случаях, когда по характеру работы конструкций несущая способность определяется прочностью, а не пластичностью, за нормативное сопротивление принимают значение временного сопротивления. Таким образом, установлены два вида нормативных сопротивлений - по пределу текучести R_т^н и временному сопротивлению R_в^н.

Б. Расчетные сопротивления  материала.

Расчетные сопротивления  материала R и R_в определяют делением нормативного сопротивления на коэффициент надежности по материалу:

        (3.9)

Коэффициент надежности по материалам  .Значение механических свойств металлов проверяется на металлургических заводах выборочными испытаниями. Механические свойства металлов контролируют на малых образцах при кратковременном одноосном растяжении, фактически же металл работает длительное время в большеразмерных конструкциях при сложном напряженном состоянии. В прокатных профилях могут быть минусовые допуски. Возможно попадание в конструкции материала со свойствами ниже установленных в ГОСТе. Влияние этих факторов на снижение несущей способности конструкций учитывают коэффициентом надежности по материалам.

Таблица 3.1. Коэффициенты надежности по материалу для стального проката.

Группа стали	ГОСТ или ТУ на сталь	Коэффициент надежности по материалу
Обычной и повышенной прочности 380 МПа	ГОСТ 23570-79 ТУ 14-1-3023-80	1,025
	ГОСТ 380- 71 (сизм.) ГОСТ 19281-73 ГОСТ 19282-73 ГОСТ 14637-79 ГОСТ 10705-80	1,05
Высокой прочности 380 МПа	ГОСТ 19281-73 ГОСТ 19282-73 ТУ 14-3-829-79	1,1
	ТУ 14-1-1308-75 ТУ 14-1-1772-76	1,15

 

Формулы для определения  расчетных сопротивлений

Растяжение, сжатие и изгиб:

- по пределу текучести, R:

- по временному сопротивлению,  R_в:

Сдвиг, R_ср: