Расчет деревянных конструкций по предельным состояниям

Предельными являются такие состояния конструкций, при которых они перестают удовлетворять требованиям эксплуатации. Внешней причиной, которая приводит к предельному состоянию является силовое воздействие (внешние нагрузки, реактивные силы). Предельные состояния могут наступать под влиянием условий работы деревянных конструкций, а также качества, размеров и свойств материалов. Различают две группы предельных состояний: 1 – по несущей способности (прочности, устойчивости). 2 – по деформациям (прогибам, перемещениям). Первая группа предельных состояний характеризуется потерей несущей способности и полной непригодностью к дальнейшей эксплуатации. Является наиболее ответственной. В деревянных конструкциях могут возникать следующие предельные состояния первой группы: разрушение, потеря устойчивости, опрокидывание, недопустимая ползучесть. Эти предельные состояния не наступают, если выполняются условия: σ ≤ R, τ ≤ R_ск (или R_ср), т.е. когда нормальные напряжения (σ) и касательные напряжения (τ) не превышают некоторой предельной величины R, называемой расчетным сопротивлением. Вторая группа предельных состояний характеризуется такими признаками, при которых эксплуатация конструкций или сооружений хотя и затруднена, однако, полностью не исключается, т.е. конструкция становится непригодной только к нормальной эксплуатации. Пригодность конструкции к нормальной эксплуатации обычно определяется по прогибам, f ≤ [f], или f/l ≤ [f/l]. Это означает, что изгибаемые элементы или конструкции пригодны к нормальной эксплуатации, когда наибольшая величина отношения прогиба к пролету меньше предельно допустимого относительного прогиба [f/l] (по СНиП II-25-80).

Расчетные сопротивления древесины. Учет особых условий в СНиП-II-25-80. В нормах проектирования основными нормируемыми харак-ми прочности дерев-ых к-ий явл-ся нормативное и расчетное сопротивления. Обе харак-ки опред-ся на основании данных стандартных испытаний с учетом статистической изменчивости показателей проч-ти и разной степени обеспеченности по мин-му. Для норм-го сопр-яв нормах предписывается обеспеченность не ниже 0,95. обеспеченность расч-го сопр-ия колеблятся в пределах 0,99 – 0,999 и не нормирована.

Для древ-ны каждому виду напряженного состояния соотв-ют прочностные хар-ки. С целью большей достоверности врем-ые сопрот-ия получены путем проведения стандартных испытаний на крупных образцах, с наличием пороков, что позволяет избежать влияния масштабного фактора при нормировании.

Нормативное сопротивление: Rн = Rвр( 1 – hn)

Где Rвр – ср. знач. врем-го сопр-ия при стандартных испытаниях образцов; h – коэф., равный 1,65, для обеспеченности 0,95 при нормальном распределении принятой для нормирования нармативных сопр-ий; n – коэф. вариации, зависящий от вида напряженного состояния и сорта древ-ны (0,15 – 0,25).

Расчетное сопротивление: R = Rн / (γm*mдл)

Где mдл = 0,66 принято за базовое и учитывает совместное действие пост-ой и кратк-ой нагрузок; γm – коэф. над. по материалу, учит-й отклонение в сторону меньших значений прочности материала с более высокой обеспеченностью по отношению к нормативному сопр-ию.

Расч. сопр. древ-ны сосны (кроме веймутовой), ели, лиственницы европейской и японской привед. в табл. 3. Расч. сопр. для других пород древесины устан-ся путем умножения величин, прив. в табл. 3, на переходные коэф-ы mn, указ. в табл. 4.

Расчетное сопротивление древесины местному смятию поперек волокон на части длины (при длине незагруженных участков не менее длины площадки смятия и толщины элементов), за исключением случаев, оговоренных в п. 4 данной таблицы, определяется по формуле.

где R _с90 – расчетное сопротивление древесины сжатию и смятию по всей поверхности поперек волокон (п. 3 данной таблицы);

l – длина площадки смятия вдоль волокон древесины, см.

2. Расчетное сопротивление древесины смятию под углом a к направлению волокон определяется по формуле

3. Расчетное сопротивление древесины скалыванию под углом к направлению волокон определяется по формуле

4. В конструкциях построечного изготовления величины расчетных сопротивлений на растяжение, принятые по п. 2а данной таблицы, следует снижать на 30%.

5. Расчетное сопротивление изгибу для элементов настила и обрешетки под кровлю из древесины 3-го сорта следует принимать равным 13 МПа (130 кгс/см²).

Коэффициенты m _п, указанные в таблице для конструкций опор воздушных линий электропередачи, изготавливаемых из не пропитанной антисептиками лиственницы (при влажности £ 25%), умножаются на коэффициент 0,85.

3.2. Расчетные сопротивления, приведенные в табл. 3, следует умножать на коэффициенты условий работы:

а) для различных условий эксплуатации конструкций – на значения коэффициент m _в, указанные в табл. 5; б)

б) для конструкций, эксплуатируемых при установившейс температуре воздуха до +35° С, – на коэффициент m _т = 1; при температуре +50° С – на коэффициент m _т = 0,8. Для промежуточных значений температуры коэффициент принимается по интерполяции;

в) для конструкций, в которых напряжения в элементах, возникающие от постоянных и временных длительных нагрузок, превышают 80% суммарного напряжения от всех нагрузок, – на коэффициент m _д = 0,8;

г) для конструкций, рассчитываемых с учетом воздействия кратковременных (ветровой, монтажной или гололедной) нагрузок, а также нагрузок от тяжения и обрыва проводов воздушных ЛЭП и сейсмической, – на коэффициенты m _н, указанные в табл. 6;

д) для изгибаемых, внецентренно-сжатых, сжато-изгибаемых и сжатых клееных элементов прямоугольного сечения высотой более 50 см значения расчетных сопротивлений изгибу и сжатию вдоль волокон – на коэффициенты m _б, указанные в табл. 7;

е) для изгибаемых, внецентренно-сжатых, сжато-изгибаемых и сжатых клееных элементов в зависимости от толщины слоев значения расчетных сопротивлений изгибу, скалыванию и сжатию вдоль волокон – на коэффициенты m _сл, указанные в табл. 8;

ж) для гнутых элементов конструкций значения расчетных сопротивлений растяжению, сжатию и изгибу – на коэффициенты m _гн, указанные в табл. 9

r _к – радиус кривизны гнутой доска или бруска; а – толщина гнутой доски или бруска в радиальном направлении.

и) для растянутых элементов с ослаблением в расчетном сечении и изгибаемых элементов из круглых лесоматериалов с подрезкой в расчетном сечении – на коэффициент m _о = 0,8;

к) для элементов, подвергнутых глубокой пропитке антипиренами под давлением, – на коэффициент m _а = 0,9.

3.3. Расчетные сопротивления строительной фанеры приведены.

в табл. 10

Примечание. Расчетные сопротивления смятию и сжатию перпендикулярно плоскости листа для березовой фанеры марки ФСФ R _ф.с.90 = R _ф.см.90 = 4 МПа (40 кгс/см²) и марки ФБС R _ф.с.90 = R _ф.см.90 = 8 МПа (80 кгс/см²).

В необходимых случаях значения расчетных сопротивлений строительной фанеры следует умножать на коэффициенты m _в, m _т, m _д, m _н и m _а, приведенные в пп. 3.2, а; 3.2, б; 3.2, в; 3.2, г; 3.2, к настоящих норм.

3.4. Упругие характеристики и расчетные сопротивления стали и соединений стальных элементов деревянных конструкций следует принимать по главе СНиП по проектированию стальных конструкций, аарматурных сталей – по главе СНиП по проектированию бетонных и железобетонных конструкций.

Расчетные сопротивления ослабленных нарезкой тяжей из арматурных сталей следует умножать на коэффициент m _а = 0,8, а из других сталей – принимать по главе СНиП по проектированию стальных конструкций как для болтов нормальной точности. Расчетные сопротивления двойных тяжей следует снижать умножением на коэффициент m = 0,85.

3.5. Модуль упругости древесины при расчете по предельным состояниям второй группы следует принимать равным: вдоль волокон Е = 10 000 МПа (100 000 кгс/см²); поперек волокон Е ₉₀ = 400 МПа (4000 кгс/см²). Модуль сдвига древесины относительно осей, направленных вдоль и поперек волокон, следует принимать равным G ₉₀ = 500 МПа (5000 кгс/см²). Коэффициент Пуассона древесины поперек волокон при напряжениях, направленных вдоль волокон, следует принимать равным n_90.0 = 0,5, а вдоль волокон при напряжениях, направленных поперек волокон, n_0.90 = 0,02.

Величины модулей упругости строительной фанеры в плоскости листа Е _ф и G _ф и коэффициенты Пуассона n_ф при расчете по второй группе предельных состояний следует принимать по табл. 11.