Предельное состояние

Предельное состояние — состояние конструкции (сооружения), при котором она перестаёт удовлетворять эксплуатационным требованиям[1], то есть либо теряет способность сопротивляться внешним воздействиям, либо получает недопустимую деформацию или местное повреждение[2]. Дальнейшая эксплуатация такой конструкции недопустима или нецелесообразна[3].

Группы

Предельные состояния сооружений по степени возможных последствий[4] подразделяют[2][5] следующим образом:

  • первая группа — состояния, при которых происходит исчерпание несущей способности (прочность, устойчивость или выносливость) сооружений при соответствующих комбинациях нагрузок[6], которые могут также сопровождаться разрушениями любого вида (вязкое, усталостное, хрупкое), превращением системы в механизм, образованием трещин, цепи пластических шарниров и др.[4]
  • вторая группа — состояния, при которых нарушается нормальная эксплуатация сооружений или исчерпывается ресурс их долговечности вследствие появления недопустимых деформаций, колебаний и иных нарушений, требующих временной приостановки эксплуатации сооружения и выполнения его ремонта[4].

Выделяют[5] также следующие группы предельных состояний:

  • аварийное предельное состояние, соответствующее разрушению сооружений при аварийных воздействиях и ситуациях с катастрофическими последствиями;
  • устанавливаемые в нормах или заданиях на проектирование другие предельные состояния, затрудняющие нормальную эксплуатацию строительных объектов.

Метод предельных состояний

Основная статья: Метод предельных состояний

Метод предельных состояний — современный метод расчёта строительных конструкций, относящийся к полувероятностным методам[4].

В соответствии с методом расчёта по предельным состояниям вместо ранее применявшегося единого коэффициента запаса прочности (по методу допускаемых напряжений) используется несколько, учитывающих особенности работы сооружения[7], независимых коэффициентов, каждый из которых имеет определённый вклад в обеспечение надёжности конструкции и гарантии от возникновения предельного состояния[8].

Метод предельных состояний, разработанный в СССР и основанный на исследованиях под руководством профессора Н. С. Стрелецкого[4], введён строительными нормами и правилами в 1955 году[8] и в Российской Федерации является основным методом при расчёте строительных конструкций[1].

Этот метод характеризуется полнотой оценки несущей способности и надёжности конструкций благодаря учёту[8]:

  • вероятностных свойств действующих на конструкции нагрузок и сопротивлений этим нагрузкам;
  • особенностей работы отдельных видов конструкций;
  • пластических свойств материалов.

Расчёт конструкции по методу предельных состояний должен гарантировать не наступление предельного состояния[4].

С 1955 г. расчёты строительных конструкций выполняются по методу предельных состояний. Предельными называют состояния, при которых конструкция, здание или сооружение перестаёт удовлетворять заданным требованиям в процессе возведения и/или эксплуатации. Ни один проект конструкций, зданий и сооружений в Советском Союзе, далее в Российской Федерации, не осуществлялся на практике без расчетов по методу предельных состояний.

Различают две группы предельных состояний.

Первая группа характеризуется потерей устойчивости и полной непригодностью к дальнейшей эксплуатации. Этот расчёт позволяет предотвратить: 1) хрупкое, вязкое, усталостное или иное разрушение (расчёт по прочности); 2) потерю устойчивости положения конструкции (расчёт на опрокидывание или скольжение); 3) потерю устойчивости формы (расчёт на общую или местную устойчивость тонкостенных элементов) и др.

Вторая группа предельных состояний характеризуется наличием признаков, при которых эксплуатация конструкции или сооружения хотя и затруднена, но полностью не исключается, т. е. она непригодна к нормальной эксплуатации. Расчёты по этой группе предельных состояний должны предотвратить чрезмерные перемещения (прогибы, осадки, углы поворотов, амплитуды колебаний), а также образование или чрезмерное раскрытие трещин в железобетонных конструкциях.

Наступление того или иного предельного состояния зависит от величины внешних нагрузок и воздействий, физико-механических характеристик материалов, условий работы конструкций и их элементов. Но все эти факторы обладают определённой изменчивостью и могут отличаться от установленных строительными нормами и правилами. Поэтому в расчётах по методу предельных состояний разработана и применяется система поправочных коэффициентов.

Примечания

  1. ↑ 1 2 Предельное состояние // Большой Энциклопедический словарь. — 2000.. 2000.
  2. ↑ 1 2 Муханов К. К. Металлические конструкции. — Москва: Стройиздат, 1978. — 572 с.
  3. ↑ Предельное состояние // Строительный словарь.. Академик.
  4. ↑ 1 2 3 4 5 6 Москалёв Н. С., Пронозин Я. А. Металлические конструкции. — Москва: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2007. — 344 с.
  5. ↑ 1 2 Проект нового СНиП «Надежность строительных конструкций и оснований» Архивная копия от 19 января 2016 на Wayback Machine. ГОСТы, СНиПы, СанПиНы — Нормативные документы — стандарты.
  6. ↑ Т. В. Луцко Введение норм на проектирование и расчет крановых металлоконструкций Архивная копия от 13 января 2020 на Wayback Machine // Современное промышленное и гражданское строительство, 2006, т. 2, № 1. С. 39—42.
  7. ↑ А. С. Субботин, В. А. Хаустов Расчёт элементов строительных конструкции, подверженных различным видам деформации Архивная копия от 29 октября 2011 на Wayback Machine // http://hva.rshu.ru/ Архивная копия от 20 мая 2012 на Wayback Machine
  8. ↑ 1 2 3 [bse.sci-lib.com/article092359.html Предельное состояние]. Большая Советская Энциклопедия.

Литература

  • Москалёв Н. С., Пронозин Я. А. Металлические конструкции. — Москва: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2007. — 344 с.
  • Муханов К. К. Металлические конструкции. — Москва: Стройиздат, 1978. — 572 с.