Ефект введення методу граничних станів

Метод граничних станів одразу показав свої суттєві переваги у порівнянні із методом допустимих напружень.

1. Всі компоненти граничних нерівностей мають чіткий фізичний зміст, який характеризує можливу змінність навантажень, матеріалів або умов роботи. Можна у зв’язку з цим заключити, що в основній нерівності вже нема коефіцієнта незнання!

2. Метод граничних станів по суті поділяє єдиний коефіцієнт запасу на його складові частини, заміняє його кількома розрахунковими коефіцієнтами. Результуючий коефіцієнт запасу став змінним внаслідок впливу сполучення вказаних коефіцієнтів, що залежать від значень навантажень, призначення споруди, опору матеріалів, і обставин роботи споруди.

Проілюструємо це, дещо змінивши формулу (3.2):

. (3.7)

Ми бачимо, що єдиний коефіцієнт запасу можна представити як функцію 3-х аргументів:

. (3.8)

Врахуємо, що для більшості випадків коефіцієнт умов роботи m =1,0, а для маловуглецевої сталі в нормах 50-х років коефіцієнт однорідності дорівнював k = 0,9. Тоді коефіцієнт запасу за формулою (3.8) буде дорівнювати К = 1,22 при коефіцієнті перевантаження n=1,1 (переважна дія постійного навантаження), К = 1,33 при коефіцієнті перевантаження n=1,2, К = 1,44 при коефіцієнті перевантаження n=1,3 (переважна дія змінних навантажень).

3. Оскільки введені розрахункові коефіцієнти мають чіткий зміст і є незалежними, відкрилася можливість окремого вивчення і уточнення кожного з них, в основному на базі статистичних й імовірнісних методів. Це дало потужний поштовх для досліджень в цій галузі, і цілий ряд науковців одержали важливі наукові результати, захистили дисертації, суттєво розвинули теорію розрахунку конструкцій:

· Б.М. Кошутин, С.Ф. Пічугін, В.Н. Валь, Ю.С. Кунін, Б.Ю. Уваров, Н.Я Кузін, А.Т. Яковенко (МИСИ, Москва);

· Є.В. Горохов, И.Р. Рухович (МакІБІ, Макіівка);

· Ю.А. Зданевич (ДІБІ, Дніпропетровськ).

4. Вже перший досвід впровадження нового методу дав економію матеріалу в конструкціях, зокрема, для металоконструкцій в інтервалі 3…10 % (табл. 3.1 і 3.2). Було виявлено, що більш легкими виявилися елементи конструкцій, на які діють переважно постійні навантаження з мінімальними коефіцієнтами перевантаження. Внаслідок цього найбільша економія була одержана для кроквяних і підкроквяних ферм, у той час як підкранові балки залишилися практично незмінними. Розрахунок колон у складі поперечних рам призвів к деякому збільшенню перерізів верхніх частин, що поясняється розвитком в нових нормах розрахунку позацентрових елементів. Одночасно відмічено зменшення перерізів нижніх частин колон, В цілому колони або залишилися без змін, або навіть стали дещо важчими (табл. 3.1). Конструкції доменних пічок стали на 3,8…12,6 % легше (табл.. 3.2). В наступні роки розрахункові коефіцієнти методики поступово зменшувалися, внаслідок чого економічність конструкцій зростала.

Таблиця 3.1

Економія сталі, одержана при розрахунку конструкцій виробничих будівель

за граничними станами

Найменування споруди	Економія сталі в конструкціях, %
Колони	Ферми
Мартенівський цех	-1,5	10,0
Блюмінг	-2,4
Прокатний цех	-1,7	10,5
Будівля ГРЕС	2,6	3,2
Машинобудівний цех		10,0
Цех металоконструкцій		4,0
Склад обладнання		8,0

Таблиця 3.2

Економія сталі в конструкції доменної пічки при розрахунку

за граничними станами

Конструкції доменної пічки	Економія сталі, %
Кожух	3,8
Копер	8,6
Колошниковий майданчик	11,2
Колони шахти і горна	12,6

Література

1. Лопатто А.Э. Из истории развития строительных конструкций. – К.: Будивэльнык, 1990. – 160 с.

2. Вопросы применения стальних конструкцій в строительстве. Сб. статей под ред. Н.С.Стрелецкого. – М.: Госстройиздат, 1953. – 380 с.

3. Материалы Международного совещания по расчету строительных конструкцій (Москва, декабрь 1958). АСиА СССР. – М.: Госстройиздат, 1961. – 260 с.

4. Металлические конструкции: Общий курс: Учеб. для вузов / Г.С. Ведеников, Е.И. Беленя, В.С. Игнатьева и др. – 7-е изд., перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1998. – 760 с.

5. Металлические конструкции. В 3 т. Т.1. Элементы стальных конструкций: Учеб. пособие для строит. вузов / В.В. Горев, Б.Ю. Уваров, В.В. Филиппов и др. – М.: Высш. шк., 1997. – 527 с.

6. Кліменко Ф.Є., Барабаш В.М., Стороженко Л.І. Металеві конструкції: Підручник. – 2-ге вид., випр. і доп. – Львів: світ, 2002. – 312 с.