Существует три метода проектирования конструкций, т.е. метод рабочего напряжения, метод предельного состояния и метод предельной нагрузки. Эти методы проектирования используются как для проектирования железобетонных, так и стальных конструкций.
Методы структурного проектирования
- Метод рабочего напряжения (WSM)
- Метод предельной нагрузки (ULM)
- Метод предельного состояния (LSM)
1. Метод рабочих напряжений (WSM)
Это традиционный метод проектирования не только железобетонных, но и стальных и деревянных конструкций.
Метод в основном предполагает, что материал конструкции ведет себя линейно упруго, и что достаточная безопасность может быть обеспечена путем соответствующего ограничения напряжений в материале, вызванных ожидаемыми “рабочие нагрузки” на конструкцию.
Поскольку указанные допустимые напряжения значительно ниже прочности материала, предположение о линейном упругом поведении считается оправданным. Отношение прочности материала к допустимому напряжению часто называют коэффициентом безопасности.
Однако основное предположение о линейном упругом поведении и молчаливое предположение о том, что напряжения при рабочих нагрузках могут быть сохранены в пределах “допустимых напряжений”, не являются реалистичными.
За это ответственны многие факторы, такие как длительное действие ползучести и усадки, эффекты концентрации напряжений и другие вторичные эффекты. Все эти эффекты приводят к значительным местным увеличениям в перераспределении расчетных напряжений.
В результате проектирования обычно получаются относительно большие сечения элементов конструкции, что приводит к улучшению эксплуатационных характеристик при обычных рабочих нагрузках.
2. Метод предельных нагрузок (ULM)
С растущим осознанием недостатков WSM в проектировании железобетона, а также с ростом понимания поведения железобетона при предельных нагрузках, предельная нагрузка проектирования развивается и становится альтернативой WSM.
Этот метод иногда также называют методом коэффициента нагрузки – предельной прочности. В этом методе анализируется напряженное состояние в месте предстоящего разрушения конструкции, и используются нелинейные кривые напряжения-деформации бетона и стали.
В этом методе полностью исключается понятие “модульного соотношения” и связанные с ним проблемы. Проектирование мер безопасности осуществляется путем соответствующего выбора коэффициента нагрузки, определяемого как отношение предельной нагрузки к рабочей нагрузке.
Метод предельных нагрузок позволяет назначать различным типам нагрузок различные коэффициенты нагрузки в условиях комбинированного нагружения, тем самым преодолевая связанный с этим недостаток WSM. WSM.
Этот метод обычно приводит к созданию более тонких сечений и часто экономичных конструкций балок и колонн, особенно при использовании высокопрочной арматурной стали и бетона. Однако удовлетворительные показатели “прочности” при предельных нагрузках не гарантируют удовлетворительной “работоспособность при нормальных эксплуатационных нагрузках.
Конструкции иногда приводят к чрезмерным прогибам и ширине трещин при эксплуатационных нагрузках из-за тонких сечений, возникающих в результате использования высокопрочной арматуры и бетона.
Распределение результирующих напряжений при предельной нагрузке принимается как распределение при эксплуатационных нагрузках, увеличенное на коэффициент(ы) нагрузки; другими словами, анализ по-прежнему основан на линейной теории упругости.
3. Метод предельного состояния (LSM)
Философия метода расчета по предельным состояниям представляет собой определенный прогресс по сравнению с традиционной философией проектирования.
В отличие от WSM, который основывает расчеты только на условиях эксплуатационной нагрузки, и в отличие от ULM, который основывает расчеты только на условиях предельной нагрузки, LSM нацелен на комплексное и рациональное решение проблемы проектирования, учитывая следующие факторы безопасность при предельных нагрузках и работоспособность при рабочих нагрузках.
Философия LSM использует формат множественных коэффициентов безопасности, который пытается обеспечить адекватную безопасность при предельных нагрузках, а также адекватную работоспособность при рабочих нагрузках, рассматривая все возможные “предельные состояния”.
Предельные состояния
Предельное состояние – это состояние надвигающегося отказа, за которым конструкция перестает удовлетворительно выполнять свою функцию, как с точки зрения безопасности, так и с точки зрения работоспособности, т.е. он либо разрушается, либо приходит в негодность. Существует два типа предельных состояний:
Предельные состояния (предельные состояния разрушения):-… которые касаются прочности, опрокидывания, скольжения, смятия, усталостного разрушения и т.д.
Предельные состояния работоспособности: – которые касаются неудобств при эксплуатации и/или неисправностей, вызванных чрезмерным прогибом, шириной трещин, утечкой вибрации и т.д., а также потерей прочности и т.д.
- Методы проектирования бетона: использование, сравнение и преимущества.
- Факторы, влияющие на прогибы железобетонных балок и перекрытий.
- Оценка прочности бетонных конструкций с помощью испытания физической нагрузкой.
- Виды трещин в свежем и затвердевшем бетоне, их причины и борьба с ними.
- Концепция проектирования высотных зданий из железобетона.
- Как контролировать прогиб железобетонных балок и плит?.
- Критерии проектирования деревянной опалубки для бетона с формулами расчета.