впливи експлуатаційного середовища;
властивості матеріалів і грунтів;
розміри, положення у просторі, умови закріплення конструкцій та їх елементів.
Ці параметри розглядаються здебільшого як випадкові величини, випадкові послідовності або випадкові процеси, а їх значення, закони розподілу, частотно-часові характеристики і правила врахування мінливості встановлюються нормами проектування.
Норми проектування конструкцій різного призначення з різних матеріалів повинні також враховувати можливу залежність вихідних даних від умов довкілля.
Механічні впливи, що враховуються в розрахунку безпосередньо, розглядаються як сукупність сил, прикладених до конструкції (навантаження), або як вимушені переміщення і деф^ мації елементів конструкції. Інші впливи немеханічної природи (наприклад, впливи агресивнол середовища), як правило, враховуються в розрахунку опосередковано.
Залежно від причини виникнення впливи поділяються на:
основні, які є неминучими наслідками природних явищ або людської діяльності:
аварійні, які є небажаними результатами людської діяльності (наслідками грубих помилок:. або результатами несприятливого збігу обставин (до аварійних можуть бути віднесені і дуж„ рідкісні впливи природного походження такі, як навантаження від смерчів, цунамі тощо).
Залежно від часової мінливості впливи поділяються на:
постійні, які діють під час усього терміну експлуатації об’єкта і значення яких неістотно змінюються у часі;
змінні, для яких не можна нехтувати зміною значень у часі відносно середнього.
Залежно від характерної тривалості безперервної дії на конструкції Td змінні навантаження поділяються на:
тривалі, тривалість дії яких Td може наближатися до встановленого терміну експлуатації 7' будівельного об’єкта;
короткочасні, для яких Td« Tef і які в свою чергу можуть поділятися на повторні ти епізодичні.
Залежно від способу прикладення навантажень у просторі вони можуть бути:
фіксованими, які можуть діяти тільки на цілком визначені місця конструкції;
вільними, які можуть довільно розподілятися по конструкції у деяких заданих межах.
Урахування вільних навантажень може бути зведене до розгляду низки комплексів фіксованих навантажень, одержаних шляхом фіксації можливого розподілу вільних навантажень у просторі.
. Навантаження залежно від реакції конструкції поділяються на:
статичні, які не викликають значних прискорень конструкції, що дозволяє нехтувати ше: цінними силами;
динамічні, які викликають такі прискорення, що інерційними силами нехтувати не можна.Належність навантажень до класу статичних або динамічних залежить від співвідношення властивостей цих навантажень та властивостей конструкції'!, які їх сприймають. Параметри конструкцій, за яких навантаження або впливи починають створювати динамічний ефект (наприклад, граничне значення періоду власних коливань), повинні встановлюватися у нормах проектування.
Навантаження може бути представлене сумою двох складових статичної і динамічної. Для спрощення розрахунку у деяких випадках, зазначених у нормах проектування, динамічний вплив можна розглядати як статичний, а динамічний ефект, залежний від реакції конструкції, враховувати шляхом відповідного збільшення навантаження або множенням результатів статичного розрахунку на коефіцієнт динамічності.
Характеристики міцності та деформативності матеріалів і грунтів встановлюються на підставі результатів спеціальних випробувань і накопиченого досвіду. Ці характеристики визначаються шляхом статистичної обробки даних, одержаних випробуваннями стандартних зразків, і приводяться до характеристик реальних матеріалів у реальних конструкціях з використанням перехідних коефіцієнтів або функцій, а також поправок на рівень виконання робіт і систему контролю, що передбачається.
Для визначення фізико-механічних характеристик грунтів використовуються результати випробувань у польових і лабораторних умовах з урахуванням можливої зміни вологості грунту в процесі будівництва та експлуатації об’єкта.
Для нормування характеристик міцності та деформативності матеріалів і грунтів допускається використувати результати визначення інших фізичних характеристик (наприклад, міцності при інших видах деформування, твердості, пружності, магнітних властивостей тощо), якщо в результаті попередніх досліджень встановлено надійні залежності між параметрами, які вимірюються, і необхідними характеристиками міцності (деформативності).
Геометричні характеристики, що визначають розміри, форму і положення конструкцій та їх елементів, повинні розглядатися як випадкові, якщо їх відхилення від встановлених проектом значень суттєво впливають на надійність конструкцій. Характеристики їх мінливості повинні визначатися з урахуванням встановлених допусків на виготовлення та монтаж виробів і конструкцій.
У більшості випадків вплив мінливості геометричних характеристик на надійність конструкцій є набагато меншим у порівнянні з впливом мінливості навантажень та технічних характеристик (фізико-механічних властивостей) матеріалів. У таких випадках геометричні характеристики розглядаються як детерміновані величини з номінальними значеннями, вказаними у проекті або наведеними в інших документах (наприклад, в стандартах на прокат).
Методи розрахунку безвідмовності
Безвідмовність конструкцій може бути забезпечена їх розрахунком за напівімовірніспим методом частинних (незалежних) коефіцієнтів надійності.
Основні положення цього методу наведені в 7.
За наявності достатньої статистичної інформації рівень безвідмовності може оцінюватися ймовірнісними методами, основні положення яких наведені в 8.
Нормативні документи, які допускають використання ймовірнісних методів, можуть діяти одночасно з нормами, заснованими на використанні методу частинних (незалежних) коефіцієнтів надійності, створюючи відповідні комплекси норм розрахунку.
При цьому в кожному окремому випадку повинно бути чітко вказано, якими варіантами суміжних нормативних документів дозволяється користуватися.
За наявності альтернативних норм та відсутності в завданні на проектування вказівок щодо їх використання метод розрахунку обирає проектувальник.
МЕТОД РОЗРАХУНКОВИХ ГРАНИЧНИХ СТАНІВ (ЧАСТИННИХ КОЕФІЦІЄНТІВ НАДІЙНОСТІ)
Принципи перевірки
Умови забазпечення безвідмовності формулюються у вигляді нерівностей, що підлягають перевірці і наведені у обов’язковому додатку Б.
Розрахункові значення навантажень і впливів
Для кожного з основних навантажень і впливів встановлено два головних розрахункових значення - експлуатаційне і граничне, а для кожного аварійного впливу одне граничне розрахункове значення.
Окрім головних розрахункових значень, для основних впливів можуть бути встановлені також додаткові розрахункові значення, пов’язані з ідеалізованою моделлю їх залежності від часу і призначені для врахування спеціальних ефектів (повзучості, усадки, втрат попереднього напруження, втомлюваності тощо).
Експлуатаційні розрахункові значення постійних навантажень приймаються такими, що дорівнюють їх номінальним величинам, встановленим із урахуванням геометричних та інших характеристик, вказаних у проектній документації, а для конструкцій, які експлуатуються. - яг» дорівнюють їх середнім величинам, визначеним при проведенні натурних обстежень.
Граничне розрахункове значення постійного навантаження Gdni встановлюється таким щоб воно з заданою ймовірністю /<- не могло бути перевищене. Допускається виходити з умови, що ймовірність перевищення граничного розрахункового значення в сто разів менша за ймовірність перевищення експлуатаційного розрахункового значення.
Експлуатаційне розрахункове значення змінного навантаження С>.; встановлюється таким, щоб можлива дія навантаження більшої інтенсивності в середньому не перевищувала заданого значення (наприклад. 2 %). Частка часу ц встановлюється з умов ефективного використання конструкції за функціональним призначенням.
Для епізодичних змінних впливів експлуатаційне розрахункове значення Оас не нормується.
Граничне розрахункове значення змінного навантаження Qdtn визначається з умови його неперевищення протягом заданого часу Т з заданою імовірностю PQ.
Як правило, в якості Т вибирається встановлений термін експлуатації Tcf , а ймовірність Ро приймається такою, щоб величина О^г могла перевищуватися в середньому не частіше одного разу протягом терміну Tef.
Як правило, в нормах навантажень і впливів повинна наводитися залежність Ох;г/: від періоду повторюваності Т.
Схематизовані розрахункові значення Qd( встановлюються залежно від тих властивостей реального процесу навантаження, які є визначальними для явища, що розглядається, і яке може призвести до відмови конструкції.
Для врахування тривалих реологічних процесів (усадка, повзучість) встановлюється схематизоване квазіпостійне розрахункове значення Qdt(t) = Ож , а для врахування явища втомлюваності схематизоване циклічне розрахункове значення у вигляді гармонічного закону з характерною частотою COJ, .
Величина Q& визначається з умови еквівалентності результатів розрахунку на дію реального процесу навантаження Q(f (/) і на дію навантаження з ідеалізованою залежністю від часу.
У необхідних випадках схематизоване циклічне значення може розглядатися як одна із складових сумарного навантаження (наприклад, пульсаційна складова вітрового навантаження).
. Граничне розрахункове значення аварійного навантаження Udm встановлюється аналогічно Qdm ; за необхідності з іншою ймовірністю непсревищення Рц (Tej) встановленого терміну експлуатації. Поряд зі значенням Udm в нормах навантажень і впливів встановлюється середня періодичність появи такого навантаження або імовірність його реалізації протягом терміну Те/.
Для ймовірнісного опису процесу навантаження змінним впливом можуть використовуватися математичні моделі випадкового поля, диференційованого, марківського чи імпульсного випадкового процесу, послідовності перевантажень, послідовності максимальних значень за характерні інтервали часу, а також інші моделі, які адекватно відображають реальний процес навантаження.
При нормуванні постійних навантажень і впливів використовуються математичні моделі випадкової величини або випадкового поля, яке відображає просторову мінливість навантаження.
Конкретна ймовірнісна модель для нормування кожного впливу вибирається з урахуванням фізичної природи, характеру і конкретних особливостей процесу навантаження, характеру і обсягу наявної статистичної інформації, трудомісткості процедури нормування і точності оцінювання розрахункових значень навантажень.
При визначенні розрахункових значень навантажень і впливів на конструкції, які експлуатуються, враховуються встановлені в результаті натурних обстежень фактичні значення необхідних параметрів, результати метеорологічних спостережень для конкретного району будівництва, а також дані щодо навантажень і впливів на конструкцію, яка розглядається, одержані в результаті експериментально-статистичних досліджень.
При перевірці граничних станів першої групи враховуються граничні розрахункові значення Gdm постійних впливів, граничні розрахункові значення Qdm(Te2) змінних і аварійних впливів, пю відповідають встановленому терміну експлуатації споруди Те,, а також схематизовані циклічні розрахункові значення Qdt, якщо вони є складовими змінних впливів, що розглядаються.
Навантаження для перевірки граничних станів другої групи встановлюються залежно від призначення та експлуатаційних вимог до конструкції, яка розглядається:
якщо вихід за граничний стан другої групи може бути допущений один раз за Те років, то використовуються експлуатаційні розрахункові значення Qde постійних навантажень, а також граничні розрахункові значення Qdm(P) тривалих та короткочасних змінних основних навантажень, що відповідають періоду повторюваності Т;
якщо в процесі експлуатації конструкції вихід за граничний стан другої групи може бути допущений протягом визначеної частки встановленого терміну експлуатації конструкції Tef, то для розрахунку використовуються експлуатаційні розрахункові значення Qde постійних навантажень, а також експлуатаційні розрахункові значення С?0£,(г|) змінних основних навантажень, що відповідають цій частці г|.
Характер перевірки, а також значення Т і г| встановлюються нормами проектування конструкцій з урахуванням призначення, особливостей роботи, умов експлуатації та експлуатаційних вимог до конструкцій. Так, наприклад, періодичність перевищення норми жорсткості Тп може дорівнювати міжремонтному періоду або іншому відрізку часу, характерному для режиму експлуатації даної конструкції. Частка встановленого строку служби т| може призначатися, виходячи із необхідного коефіцієнта готовності або інших експлуатаційних параметрів.
