Расчет на прочность по методу предельных состояний

Этот метод применяется, в основном, при расчете строительных конструкций.

Предельным называется такое состояние конструкции, при котором становится невозможной ее дальнейшая нормальная эксплуатация. В строительных нормах и правилах (СНиП) установлены три группы предельных состояний.

Первая группа предельных состояний определяется потерей несущей способности – прочности или устойчивости. Отличие от метода расчета на прочность по допускаемым напряжениям состоит в том, что применяется более гибкий подход к назначению необходимого запаса прочности. При этом вместо одного коэффициента запаса вводятся несколько:

- коэффициент надежности по нагрузке;

- коэффициент надежности по материалу;

- коэффициент условий работы.

Вторая группа предельных состояний определяется возникновением чрезмерно больших деформаций или колебаний. Предельные нормы часто не связаны с прочностью. Например, возникающие колебания и перемещения не приводят к разрушению, но вызывают дискомфорт у персонала или нарушают управляемость машинного агрегата. В СНиП такие нормы называют эстетико-психологическими.

Третья группа предельных состояний определяется образованием и развитием трещин. Обнаруженные трещины и другие дефекты, могут и не привести к потере выносливости. Важно оценить степень его опасности.

Различают три типа раскрытия трещин:

разрыв сдвиг срез

Рис.1

Выражения для коэффициентов интенсивности напряжений соответственно схемам нагружения:

, (2.17)

где l – половина длины трещины,

– номинальные нормальные и касательные напряжения в окрестности трещины.

При одинаковых коэффициентах интенсивности напряжений в различных телах с трещинами, поля напряжений у вершин трещин будут одинаковыми. Это обстоятельство позволяет рассматривать коэффициент интенсивности напряжений К_I как параметр, характеризующий напряжённое состояние у вершины трещины в зависимости от формы тела, размеров трещины, способа нагружения. Критические значения коэффициентов интенсивности напряжений K_Iс, K_IIс, K_IIIс определяют экспериментально. Методика их определения регламентируется соответствующими стандартами.

Условия роста трещин имеют вид:

K_I=K_Iс, K_II=K_IIс , K_IIс = K_IIIс (2.18)