Предельные состояния

В основу принятых в СССР норм расчета мостовых конструкций положен метод предельных состояний. Предельным считается такое состояние конструкции, при наступлении которого она перестает удовлетворять эксплуатационным требованиям.

Для стадии строительства предельным считают такое состояние, при котором конструкция не удовлетворяет строительным требованиям или получает в процессе ее сооружения (изготовления, транспортирования, монтажа) повреждения, исключающие нормальную экс­плуатацию конструкции в будущем. Цель расчета по методу пре­дельных состояний заключается в получении гарантий того что во время строительства или эксплуатации конструкции не наступит ни одно из возможных предельных состояний.

Предельные состояния могут быть вызваны различными причинам и соответствовать разной степени повреждения конструкции.

Все возможные предельные состояния принято разделять на две группы. К первой группе относят такие предельные состояния, при наступлении которых конструкция становится непригодной для эксплуатации или возведения. Можно считать, что наступление предельного состояния первой группы соответствует аварийной ситуации, т. е. потери конструкцией несущей способности или пере­ходу ее в состояние, совершенно непригодное к эксплуатации.

Предельные состояния первой группы (применительно к железобетонным конструкциям) могут быть вызваны: разрушением от силовых воздействий, а также в результате совместного действия факторов и неблагоприятных влияний внешней среды; общей или местной потерей устойчивости формы и т. п.

Наступление предельного состояния второй группы не требует прекращения эксплуатации или возведения конструкции. Но при этом возникнут затруднения для нормальной эксплуатации конст­рукции. Нормальной считается такая эксплуатация мостов, при ко­торой осуществляется бесперебойное движение нормативной вре­менной нагрузки без ограничения ее проектных скоростей, и при этом не требуется каких-либо повышенных эксплуатационных рас­ходов (усиленного надзора, особого текущего содержания, внеоче­редных ремонтов н т. п.).

Предельным состоянием второй группы в стадии строительства следует считать такое состояние конструкции, при котором не бу­дут обеспечены нормальные условия для ее возведения (например, при больших прогибах или колебаниях) или возникнут поврежде­ния, затрудняющие нормальную эксплуатацию конструкции после ее возведения.

Предельные состояния второй группы могут быть вызваны: упругими или остаточными перемещениями (прогибами, выги­бами, углами поворота, колебаниями и т. п.); образованием или недопустимым раскрытием трещин в бетоне.

Новым в расчетах по методу предельных состояний является введение предельного состояния, расчет по которому должен ис­ключить разрушение, вызываемое совместным воздействием сило­вых факторов и неблагоприятных влияний внешней среды. Под не­благоприятными влияниями среды понимают попеременное за­мораживание и оттаивание, увлажнение и высушивание, воздей­ствие химически агрессивных по отношению к бетону факто­ров и т.д.

Введение указанного предельного состояния вызвано тем обстоятельством, что стойкость железобетонных конструкций против не­благоприятных воздействий внешней среды существенно зависит от уровня их напряженного состояния.

Расчет на совместное воздействие силовых факторов и неблаго­приятных влияний внешней среды, так же как и расчет на выносли­вость, производят только для стадии эксплуатации. По остальным предельным состояниям делают дополнительно расчеты для стадий создания предварительных напряжений, транспортирования, хране­ния и монтажа.

Наступление того или иного предельного состояния зависит от большого числа факторов случайного характера. Эти факторы мо­гут действовать в различных комбинациях. Случайный характер их объясняется многими причинами, наиболее существенными из них являются: недостоверность принятых в расчетах прочностных и деформативных характеристик материалов, так как значения этих характе­ристик приходится выбирать среди величин, имеющих определенный разброс; отступления фактических размеров конструкции в целом и ее отдельных сечений от проектных, связанные с точностью производ­ства работ; недостоверность принятых в расчетах величин погрузок как по­стоянных, так и временных, поскольку невозможно точно предуга­дать значения этих нагрузок на весь срок службы конструкций; несоответствие вычисленных внутренних усилий и напряжений фактическим из-за несовершенства примененных при проектирова­нии конструкции способов расчета.

Вопрос об обеспечении достаточной надежности моста в течение установленного срока его эксплуатации может быть решен лишь с позиций вероятностных методов теории статистической механики и теории надежности конструкций. Однако полный вероятностный расчет потребовал бы знания законов распределения постоянных и временных нагрузок и воздействий, а также внутренних усилий вызванных этими нагрузками и воздействиями, законов изменчи­вости механических свойств материалов, геометрических размеров всей конструкции или ее отдельных сечений и т. п. Такой расчет в настоящее время вряд ли возможен, для него пока нет необходимых исходных данных. Поэтому в расчетах железобетонных конструкции вероятностные методы применяются лишь частично. В известной мере они использованы при определении нормативных и расчетных сопротивлений материалов.

Наступление предельных состоянии расчетами мостовых конст­рукции исключается путем введения системы коэффициентов к ве­личинам нормативных нагрузок и воздействий, а также к прочностным и упругим характеристикам материалов. В необходимых слу­чаях и расчетах предусматриваются коэффициенты условий работы, оценивающие неточность или условность принятых способов расче­та, а также возможные отклонения действительных размеров или формы сооружения от проектных.