Что такое коэффициенты нагрузки и коэффициенты снижения прочности в методе расчета прочности бетона? - Строительство и ремонт

В методе расчета прочности безопасность бетонных конструкций обеспечивается с помощью коэффициентов нагрузки и коэффициентов снижения прочности. Коэффициенты нагрузки используются для увеличения величины приложенной нагрузки на конструкцию, чтобы учесть возможное увеличение нагрузки в течение срока службы здания. В то время как коэффициенты снижения прочности (обычно имеющие значение <1) используются для уменьшения расчетной прочности бетонных элементов с учетом неопределенности в материалах и ошибок при изготовлении.

Коэффициенты снижения прочности и коэффициенты нагрузки оцениваются на основе вероятностных методов, которые учитывают изменчивость во всех аспектах инженерной деятельности. Существует ряд коэффициентов нагрузки, которые различаются в зависимости от типа нагрузки и комбинаций нагрузок.

В стандарте ACI 318-19 приведены коэффициенты нагрузки и различные комбинации нагрузок для возможных приложенных нагрузок и коэффициенты снижения прочности для различных бетонных элементов, таких как балки, колонны и плиты.

2. Коэффициенты снижения прочности

Назначение коэффициентов снижения прочности
Примечания

Часто задаваемые вопросы

1. Коэффициенты нагрузки

Коэффициент нагрузки для каждого типа нагрузки различен в зависимости от степени точности оценки нагрузки и возможных изменений в течение срока службы конструкции. Коэффициенты нагрузки для мертвых нагрузок меньше, чем для живых нагрузок, поскольку первые могут быть оценены точно, и, следовательно, степень неопределенности низкая.

Однако последние могут изменяться в течение срока службы элемента, поэтому степень неопределенности высока. В таблице-1, установленной кодексом ACI, приведены различные коэффициенты нагрузки для различных комбинаций нагрузок:

Таблица-1: Различные коэффициенты нагрузки и комбинации нагрузок, предусмотренные ACI 318-19 Раздел 5.3

Первичные типы нагрузкиКомбинации нагрузокУравнения ACI 318-19Мертвая нагрузкаU = 1,4D5.3.1aЖивая нагрузкаU = 1,2D + 1,6L + 0,5(Lr или S или R)5.3.1bЖивая нагрузка на крышу или снеговая нагрузка или дождевая нагрузкаU = 1,2D + 1,6(Lr или S или R) + (1,0L или 0,5W)5.3.1cВетровая нагрузкаU = 1. 2D + 1.0W + 1.0L + 0.5(Lr или S или R)5.3.1dЗемлетрясение или сейсмическая нагрузкаU = 1.2D + 1.0E + 1.0L + 0.2S5.3.1eВетровая нагрузкаU = 0.9D + 1.0W5.3.1fЗемлетрясение сейсмическая нагрузкаU = 0.9D + 1.0E5.3.1g

Примечания

Рассмотрите влияние одной или нескольких нагрузок, действующих не одновременно, чтобы выяснить, дают ли они наиболее критическую комбинацию нагрузок или нет.

Коэффициент живой нагрузки в уравнениях (5.3.1c – 5.4.1d) может быть уменьшен до 0,5, за исключением гаражей, помещений, предназначенных для мест общественного собрания, и помещений, где живая нагрузка превышает 4,8 КН/м2.

Согласно ACI 318-19 раздел 5.3.4, если применимо, то в уравнения (5.3.1a – 5.4.1f) должны быть включены токовые нагрузки, такие как сосредоточенные токовые нагрузки, нагрузки от автотранспорта, нагрузки от крана, нагрузки на перила, ограждения, барьерные системы для автотранспорта, ударные воздействия и вибрационные воздействия.

Если ветровая нагрузка обеспечивается при нагрузках уровня обслуживания, коэффициент ветровой нагрузки 1 в уравнениях (5.3.1d) и (5.3.1e) должен быть увеличен до 1,6 в соответствии с разделом 5.3.5 ACI 318-19. В этом же разделе говорится, что коэффициент ветровой нагрузки 0,8 заменяет 0,5 в уравнении (5.3.1c).

Предусмотрите возможность дифференциального оседания и изменения объема путем устройства деформационных швов, усадки, температурного усиления и вязких швов.

Если присутствует нагрузка от жидкости, то учитывайте ее следующим образом:

Включите нагрузку от жидкости с коэффициентом нагрузки 1,4 в уравнение 5.3.1a, если она действует сама по себе или дополняет действие мертвой нагрузки.
Если нагрузка от жидкости добавляет к первичной нагрузке, она должна быть включена с коэффициентом нагрузки 1,2 в уравнения 5.3.1b-5.3.1e.
Если влияние нагрузки от жидкости является постоянным и противодействует первичной нагрузке, она должна быть включена с коэффициентом нагрузки 0,9 в уравнение 5.3.1g.
Игнорировать нагрузку от жидкости, если ее присутствие является временным и противодействует основной нагрузке.

Если она присутствует, учитывайте боковое давление грунта в уравнениях комбинации нагрузок следующим образом:

Вычислите боковое давление грунта с коэффициентом нагрузки 1,6, если оно действует само по себе или дополняет действие первичной нагрузки.
Если боковое давление грунта существует постоянно и противодействует действию основной нагрузки, то учитывайте его с коэффициентом нагрузки 0,9.
Пренебрегайте боковым давлением грунта, если его присутствие временно и противодействует эффекту первичной нагрузки.

2. Коэффициенты снижения прочности

Коэффициент снижения прочности используется для уменьшения расчетной прочности конструкции членов, т.е. для расчета проектной прочности бетонных элементов. Он используется для учета неопределенности в материалах, возможных ошибок проектирования и строительства.

ACI 318-19 определяет коэффициенты снижения прочности для различных бетонных элементов, таких как балки, колонны, плиты, а также для различных сил, воздействующих на элементы, таких как моменты, сдвиги и кручение. В Таблице-2 представлены различные коэффициенты снижения прочности, основанные на действиях и бетонных элементах.

Таблица-2: Коэффициенты снижения прочности для различных действий и бетонных элементов на основе ACI 318-19

Действие или элемент конструкцииКоэффициент снижения прочностиБалки и перекрытия с регулируемым напряжением0,90Сдвиги и кручения в балках0,75Колонны0,65 для связевой и 0,75 для спирально армированной бетонной колонныПодшипники на бетоне0,65Простые бетонные элементы0,60Кронштейны и карнизы0. 75Раскосы, связи, узловые зоны и опорные зоны, спроектированные в соответствии с методом раскосов и связей0,75Анкеры в бетонных элементах0,45 – 0,75Компоненты соединений сборных элементов, контролируемые выходом стальных элементов при растяжении0,9Анкерные зоны с постнатяжением0,75

Назначение коэффициентов снижения прочности

Для учета неточностей в уравнениях расчета.

Для отражения значимости элементов конструкции.

Для учета возможного занижения прочности элементов конструкции из-за изменения прочности материала и размеров конкретного элемента.

Для отражения доступной пластичности и необходимой надежности элемента конструкции под действием нагрузки.

Примечания

Коэффициент снижения прочности для элемента с контролем сжатия составляет 0,65. Элемент с регулируемым сжатием является хрупким и разрушается внезапно без каких-либо признаков разрушения, таких как большой прогиб. Кроме того, элементы с контролем сжатия чувствительны к изменениям свойств бетона.

Элемент, управляемый растяжением, является вязким и проявляет признаки разрушения в виде трещин и значительного прогиба.

Для секции с контролем растяжения εt≥0,005, для секции с контролем сжатия εt≤0,002. Переходная зона находится между участками с контролем сжатия и растяжения.

Коэффициенты прочности для элементов в переходной зоне вычисляются с помощью уравнений, приведенных на рисунке 1.

В качестве альтернативы можно использовать (c/dt) для определения типа сечения. Сечения, где (c/dt) ≥0,600, относятся к хрупким, а сечения, где (c/dt) ≤0,375 – к вязким.

Изменения коэффициентов снижения прочности с чистой деформацией растяжения в стали

Вопросы и ответы

Что такое коэффициент снижения прочности?

Коэффициент снижения прочности используется для уменьшения расчетной прочности элементов конструкции, т.е. для расчета проектной прочности бетонных элементов.

Каково назначение коэффициентов снижения прочности?

1. Для учета неточностей в уравнениях расчета.
2. Для отражения значимости элементов конструкции.
3. Для учета возможного занижения прочности элементов конструкции из-за изменения прочности материала и размеров конкретного элемента.
4. Отразить имеющуюся пластичность и необходимую надежность элемента конструкции под действием нагрузки.

Что такое коэффициент нагрузки в теории расчета прочности бетона?

Коэффициенты нагрузки используются для увеличения величины приложенной нагрузки на конструкцию для учета возможного увеличения нагрузки в течение срока службы здания.
Коэффициенты нагрузки обычно больше одного и различаются в зависимости от типа нагрузки и комбинаций нагрузок. В ACI 318-19 приведены коэффициенты нагрузки и различные комбинации нагрузок для возможных приложенных нагрузок.

Почему коэффициенты снижения прочности для колонн меньше, чем для балок?

Поскольку разрушение колонн является хрупким, они более критичны, чем разрушение балки, которая является вязкой. Колонны обычно управляются сжатием, тогда как балки управляются растяжением.

Как определяются коэффициенты снижения прочности и коэффициенты нагрузки?

МЕТОД РАСЧЕТА С УЧЕТОМ КОЭФФИЦИЕНТА НАГРУЗКИ

ПРОЕКТИРОВАНИЕ С УЧЕТОМ КОЭФФИЦИЕНТА НАГРУЗКИ И СОПРОТИВЛЕНИЯ (LRFD)

Факторы, влияющие на прочность бетона

Читайте далее: