Проектирование конструкций по Еврокодам

на протяжении проектного срока службы с достаточной степенью надёжности и

долговечности
могла воспринимать все воздействия, которые могут возникнуть во время строительства и эксплуатации;
могла выполнять свои функции;
(2) обладала достаточной механической прочностью, эксплуатационной пригодностью и долговечностью;
(3) сохраняла достаточную несущую способность в течение заданного времени при пожаре;
(4) исключались непропорционально большие повреждения, вызванные аварийными ситуациями (взрыв, удар, ошибки деятельности человека).

EN 1990, ст. 2.1.1(Р) – 2.1.4(Р)

конструкция перестаёт соответствовать установленным расчётным критериям.
Расчётные критерии (design criteria) –

количественные условия, которые должны быть выполнены для каждого предельного состояния.
ULS – Критические (абсолютные) предельные состояния (ultimate limit state) – состояния, связанные с обрушением или с другими подобными формами разрушения несущей конструкции.

SLS – Эксплуатационные (функциональные) предельные состояния (serviceability limit states) – состояния, при превышении которых не выполняются установленные технические требования к эксплуатации сооружения или их элементов.

EN 1990, ст. 1.5.2.12

EN 1990, ст. 1.5.2.1

EN 1990, ст. 1.5.2.13

EN 1990, ст. 1.5.2.14

связаны с безопасностью людей

связаны с экономическим ущербом
конструкция сохраняет возможность выполнять свою функцию

превышении которого его эксплуатация недопустима, затруднена или нецелесообразна.
Первая группа предельных

состояний (по несущей способности) – предельные состояния, превышение которых ведет к потере несущей способности строительных конструкций.

Вторая группа предельных состояний (по пригодности к нормальной эксплуатации) – состояния, при превышении которых нарушается нормальная эксплуатация строительных конструкций, исчерпывается ресурс их долговечности или нарушаются условия комфортности.

ultimate limit state
критические, абсолютные

serviceability limit states
эксплуатационные, функциональные

разрушение любого характера (пластическое, хрупкое усталостное)
потеря устойчивости
явления, при которых возникает необходимость прекращения эксплуатации

достижение предельных прогибов, перемещений, уровней колебаний
образование трещин, превышение предельной ширины их раскрытия
явления, при которых возникает необходимость ограничения эксплуатации сооружения

(ГОСТ Р 54257-2010)

(EN 1990)

вибрации, которые
EN 1990, ст. 1.5.2.14
Эксплуатационные предельные состояния
Необратимые (irreversible)
при которых некоторые

последствия воздействий, превышающих установленные эксплуатационные требования, остаются при устранении этих воздействий

Обратимые (reversible)
при которых не остается последствий после устранения воздействий, превышающих требования по эксплуатации

повреждают несущие или ненесущие элементы (отделку, перегородки) или содержимое здания (оборудование);
вызывают дискомфорт пользователей помещения;
нарушают внешний вид здания, его долговечность и водонепроницаемость.

EN 1990, разд. 3.4

комплекс наиболее неблагоприятных условий, которые могут возникнуть при его эксплуатации

и возведении.

установившаяся – ситуация, имеющая продолжительность, близкую к сроку службы строительного объекта
(например, эксплуатация между двумя капитальными ремонтами или изменениями технологического процесса);
переходная – ситуация, имеющая продолжительность, небольшую по сравнению со сроком службы строительного объекта
(например, изготовление, транспортирование, монтаж, капитальный ремонт и реконструкция строительного объекта);
аварийная – ситуация, соответствующая исключительным условиям работы сооружения (в том числе и при особых воздействиях), которые могут привести к существенным социальным, экологическим и экономическим потерям.

Виды расчётных ситуаций:

деформации или ускорения, вызванные внешними причинами, например, температурными изменениями,

изменением влажности, неравномерной осадкой оснований или землетрясениями (косвенное воздействие).
Параметры воздействия (load arrangement):
положение, величина (интенсивность)* и длительность воздействия.
Классификация воздействий в зависимости от пространственного фактора:
свободное (free)
стационарное (fixed)
Классификация воздействий в соответствии с временным фактором:
постоянное (permanent) G
временное (variable) Q
аварийное (accidental) А случайное

EN 1990, ст. 1.5.3.1

* Необходимо также учитывать взаимосвязь между воздействием и реакцией сооружения

расчетного срока службы и изменение расчётного значения которого незначительно по

сравнению со средним значением
или воздействие, изменение расчетного значения которого происходит всегда монотонно в одном направлении до достижении предельного значения.
собственный вес конструкций, слоёв, стационарного оборудования;
давление грунта и воды;
усилие предварительного напряжения;
непрямые воздействия, вызванные усадкой, осадкой грунта и т.п.

EN 1990, ст. 1.5.3.3

Временное воздействие (Q) (variable action):
воздействие, которое изменяется во времени по величине или по направлению
нагрузки на перекрытия (приложенные, полезные)
снеговые, ветровые
непрямые воздействия, вызванные изменением температуры

EN 1990, ст. 1.5.3.4

вероятность возникновения в течение расчетного срока службы
взрывы;
пожары;
удары

при столкновении с транспортными средствами;
непрямые воздействия – сейсмические (AE)

EN 1990, ст. 1.5.3.5

Некоторые воздействия в зависимости от имеющейся статистической информации могут рассматриваться как
аварийные или временные (снег, сейсмика);
постоянные или временные (давление воды).

Данная классификация необходима для оценки возможности совместного появления различного рода воздействий

на строительные объекты.
Воздействия
эффекты, вызывающие изменение напряженно-деформированного состояния строительных конструкций
Постоянные
Силовые
(нагрузки)
Несиловые

(воздействия среды)

В зависимости от ответной реакции объекта:

В зависимости от продолжительности действия:

Длительные

Кратковременные

Особые

Температурно-влажностные

Коррозионные
деградация свойств материалов

Кинематические
осадка оснований, смещение опор

Динамические
вызывают значительные ускорения и силы инерции

Статические

Проектные
предусмотренные в нормативных документах и учтённые в проекте

Аварийные
запроектные, ненормированные

течение расчетного срока службы строительного объекта пренебрежимо мало по сравнению

с их средними значениями
Собственный вес конструкций
Вес и давление грунтов
Усилия от предварительного напряжения

Длительные – нагрузки, сохраняющие расчетные значения во время эксплуатации длительное время
Вес временных перегородок
Вес стационарного оборудования
Вес складируемых материалов
Пониженные нормативные значения нагрузок от людей, оборудования, мостовых и подвесных кранов, снега

Кратковременные – нагрузки, длительность действия расчетных значений которых существенно меньше срока службы сооружения
Ветровая нагрузка
Полные нормативные значения нагрузок от людей, оборудования, мостовых и подвесных кранов, снега
Нагрузка от транспортных средств

Особые – нагрузки, имеющие малую вероятность появления и небольшую продолжительность, но создающие чрезвычайные ситуации с возможными катастрофическими последствиями
Сейсмические воздействия
Воздействия взрывов
Воздействия, обусловленные пожаром
Воздействия, вызванные столкновениями с движущимися транспортными средствами
Карстовые воронки
Отказы отдельных несущих элементов

ГОСТ Р 54257-2010. Надёжность …
СП 20.13330.2011. Нагрузки и воздействия

используемое при расчёте по предельным состояниям.
В качестве репрезентативного значения

могут быть приняты его характеристическое значение (Fk) или одно из трёх значений в комбинации (ψiFk).
Характеристическое (нормативное, базовое) значение воздействия (Fk) (characteristic value):
– это основное репрезентативное числовое значение воздействия.
Характеристическое значение может быть определено как:
среднее (middle)
нижнее (inf)
верхнее (sup)
номинальное (nom)
Номинальная величина приводится в стандартах, нормативных документах или проектной документации. Например, для аварийных воздействий статическое распределение является неизвестным, и они задаются номинальными величинами.

EN 1990, ст. 1.5.3.20

EN 1990, ст. 1.5.3.14

V  0,05…0,10), в качестве Gk можно использовать среднее значение.
Если

изменчивость значительна, или если конструкция является весьма чувствительной к изменениям G, используют верхнее и нижнее значения:
Gk,inf (0,05 квантиль) Gk,sup (0,95 квантиль)
Собственный вес обычно рассчитывается на основе номинальных размеров и средней удельной массы (Gk является средней величиной G).
Коэффициент вариации VG  0,02…0,05
Собственный вес подчиняется нормальному (Гауссовому) распределению:

при VG = 0,1 (10%) нижнее Gk,inf и верхнее Gk,sup значения будут на 16,4% больше и меньше средней величины G

величина не превышает с фиксированной вероятностью.
р-квантиль хр – это значение

переменной случайной величины Х, при котором вероятность того, что переменная Х меньше или равна хр равна р

0,05

0,05

принимается верхнее значение с заданной вероятностью превышения (р) в течение

установленного отрезка времени  (базового периода), например, в течение года ( = 1 год).
Базовый период (reference period) – промежуток времени, выбранный для оценки статистических временных, и возможно, аварийных воздействий.
Период повторяемости (Т) – ожидаемый промежуток времени между двумя последовательными повторениями характеристической величины, соответствующий вероятности p

EN 1990, ст. 1.5.3.15

t – базовый период (1 год);
p – вероятность превышения (2%).

достигает своей максимальной величины Qmax (годичного максимума).
Следовательно, характеристическая величина Qk

является р-квантилем (0,02-квантилем) экстремальной (максимальной) величины Qmax

(ψ0  1):
значение временного воздействия, которое выбирается так, чтобы комбинация

воздействий соответствовала примерно такой же вероятности появления, как и для простого воздействия.
Простое воздействие (single action) – воздействие, которое является статистически независимым во времени и пространстве от любого другого воздействия.
Пониженное (частое) значение (ψ1Qk) (frequent value) (ψ1  1) :
значение временного воздействия, которое выбирается с учетом того, что суммарное время его действия меньше базового периода.
(для зданий – 1% от базового периода; для мостов период повторяемости = 1 неделе)
Длительное значение (ψ2Qk) (quasi-permanent value) (ψ2  1) :
значение временного воздействия, определенное с учетом того, что суммарный промежуток времени, в течение которого оно будет превышено, составляет большую часть базового периода.
(для перекрытий – 50% от базового периода)

EN 1990, ст. 1.5.3.16

EN 1990, ст. 1.5.3.10

EN 1990, ст. 1.5.3.17

EN 1990, ст. 1.5.3.18

неблагоприятных значений двух (или более) временных воздействий
0 = 0,7
1,0
значения коэфф-тов

 для жилых и офисных помещений

1 = 0,5

2 = 0,3

value of an action):
значение воздействия, полученное умножением его репрезентативного значения

на парциальный коэффициент надёжности F (F  1):

EN 1990, ст. 1.5.3.21

Эффект воздействия (E) (effect of action):
реакция конструкции (внутренние усилия, напряжения, деформации) или сооружения в целом (отклонение, вращение).
Расчётное значение эффекта воздействия:

EN 1990, ст. 1.5.3.2

ad – геометрическая характеристика

где

или

f – частный коэффициент надёжности по нагрузке, учитывающий вероятность неблагоприятных отклонений воздействия от репрезентативных значений;
Sd – частный коэффициент надёжности, учитывающий неопределённость (погрешности) модели воздействий и/или эффектов воздействий.

= 0,925 – понижающий коэффициент для неблагоприятных постоянных воздействий
Сочетание

STR используется для оценки сопротивления конструкций в условиях отсутствия геотехнического воздействия. Возможны три варианта (национальный выбор):

– потеря статического равновесия (для проверки потери устойчивости):
STR – разрушение

или чрезмерная деформация конструкции:

GEO – разрушение или чрезмерная деформация грунта основания:

FAT – усталостное разрушение

(для национального выбора предлагаются три подхода с различным набором частных коэффициентов)

EN 1990, табл. А1.2 В

EN 1990, табл. А1.2 А

EN 1990, табл. А1.2 С

расчётных ситуациях
Для предельных состояний эксплуатационной пригодности

нагрузок, и при расчёте необходимо выявить их наиболее неблагоприятное сочетание.
При

учёте одновременного действия более двух нагрузок их расчётные значения умножают на коэффициенты сочетаний  < 1.
Коэффициент сочетаний  учитывает маловероятность одновременного действия максимальных значений нескольких нагрузок.
СНиП 2.01.07-85* предусматривает основные и особые сочетания нагрузок:

* по СНиП Строительство в сейсмических районах

Pd, длительных Pl и кратковременных Pt :
Особые сочетания нагрузок состоят

из постоянных, длительных, кратковременных и одной из особых нагрузок:

Rk)
(characteristic value)
значение, характеризующее свойства материала или продукта, имеющее определенную вероятность

непревышения при неограниченной серии испытаний.
Это числовое значение, обычно соответствует определенному квантилю принятого статистического распределения рассматриваемого материала или продукта.
При некоторых обстоятельствах (при отсутствии статистических данных) в качестве характеристического может быть принято номинальное значение.

EN 1990, ст. 1.5.4.1

В качестве характеристического значения свойств материала обычно рассматривается 5%-ный (нижний) квантиль распределения.
Для прочности бетона на растяжение при расчёте влияния непрямого воздействия используется верхний (95-ный) квантиль.
Жесткостные показатели (модули упругости, коэффициенты ползучести, коэффициенты теплового расширения) определяются как средние величины*.
Другие значения этих параметров необходимо использовать, когда во внимание принимается продолжительность воздействия.

EN 1990, ст. 4.2

* Потому что они используются в контактных задачах (взаимодействия)

переменной случайной величины.
Например, для нагрузок обеспеченность – вероятность непревышения

заданного значения; для характеристик материалов обеспеченность – вероятность незанижения заданного значения.
Обеспеченность (доверительная вероятность) нормативного сопротивления 0,95 означает, что прочность 95% образцов не будет ниже нормативного значения.



х

Нормативные сопротивления назначают с обеспеченностью 0,95.

(Xd ) или продукта (Rd)
(design value of a material

or product property):
значение, полученное делением нормативного значения на парциальный коэффициент надёжности m или M (или, при особых обстоятельствах, заданное непосредственно):

EN 1990, ст. 1.5.4.2

Расчётное сопротивление (несущая способность) (resistance):

ad – геометрическая характеристика

где

или

m – частный коэффициент надёжности свойств материала, учитывающий вероятность неблагоприятных отклонений свойств материала от характеристического значения;
Rd – частный коэффициент надёжности по несущей способности, учитывающий неопределённость (погрешности) модели сопротивления и геометрические отклонения.

 – коэффициент конверсии (преобразования), учитывающий масштабный эффект, влияние влажности и температуры

должны быть выполнены для каждого предельного состояния.
Общий вид условия расчёта
Сопротивление
Эффект

воздействия

Критерии оценки:

Эффект опрокидывающиего (дестабилизирующего) воздействия

Эффект удерживающего (стабилизирующего) воздействия

EN 1990, ст. 1.5.2.1

EN 1990, ст. 6.4.2

EQU

STR

метод)
в нашей стране – с 1955 года
Расчётная нагрузка:
Расчётное сопротивление

материала:

нормативные значения qn , устанавливаемые нормами проектирования или заданием на

проектирование.
Нормативные нагрузки соответствуют условиям нормальной эксплуатации сооружений.
Расчетное значение нагрузки q – это результат умножения нормативного значения на коэффициент надежности по нагрузке.
Расчётные нагрузки используются в расчётах конструкций по предельным состояниям.
Коэффициент надежности по нагрузке f учитывает возможное отклонение нагрузок в неблагоприятную (большую или меньшую) сторону от их нормативных значений.
Как правило, неблагоприятным является отклонение в большую сторону (f > 1).

qn – нормативная нагрузка;
q – расчётная нагрузка;
f – коэффициент надёжности по нагрузке.

при проектировании, являются их нормативные сопротивления Rn , назначаемые на

основе результатов испытаний стандартных образцов.
Нормативные значения прочностных характеристик материалов устанавливаются в нормативных документах или технических условиях (ТУ) и контролируются при изготовлении конструкций, строительстве и эксплуатации строительного объекта.
Расчётное сопротивление R – это результат деления нормативного сопротивления на коэффициент надежности по материалу.
Расчётные сопротивления используются в расчётах конструкций по предельным состояниям.
Коэффициент надёжности по материалу m учитывает возможное отклонение прочностных характеристик материалов в неблагоприятную (меньшую) сторону от их нормативных значений.
Для металлических конструкций коэффициент m учитывает также установленные допуски на размеры сечений проката.

Rn – нормативное сопротивление;
R – расчётное сопротивление;
m – коэффициент надёжности по материалу.

возникновения и закономерности распределения отказов;
методы обеспечения стабильности работы объектов, способы

повышения их надёжности;
способы количественной оценки и нормирования надёжности, связь между показателями эффективности и надёжности.

Общая теория надёжности

Математическая
Изучение закономерностей отказов. Разработка методов количественной оценки надёжности

Статистическая
Обработка статистической информации об отказах и надежности

Физическая
Исследование физико-химических причин отказов, влияния износа и накопления повреждений на надёжность

Прикладные методы теории надёжности в расчётах строительных конструкций