Єврокод - методика розрахунку інженерних конструкцій

 З липня 2014 року в Україні, при проектуванні конструкцій, стало правомірним використання європейських норм – Єврокодів. З урахуванням того, що Україна є кандидатом у члени Євросоюзу, опанування і застосування  вказаних норм – це нагальна необхідність.

Відбудуємо Україну, після нашестя варварів, за європейськими нормами!

Передбачаю надати цикл обзорів з цього напрямку. За різними темами з урахуванням достатності часу для такої роботи.

Методика розрахунку інженерних конструкцій.

Методика розрахунку, в принципі, не відрізняється від поточних норм проектування згідно ДБН, але має певні відмінності.

Основний документ, що регламентує підхід при проектуванні це – «ДСТУ-Н Б В.1.2-13:2008 Основи проектування конструкцій». Згідно викладених положень розглядаються дві групи граничних станів:

·       граничні стани за несучою здатністю (Ultimate Limit State, ULS). Аналог першої групи граничних станів.

·       граничні стани за експлуатаційною придатністю (Serviceability Limit States, SLS). Аналог другої групи граничних станів.

За загально прийнятою практикою, норми використовують певну систему часткових коефіцієнтів надійності (γ), що яка збільшує навантаження для станів ULS.  В групі станів ULS прийняте додаткове розподілення:

·       втрата несучої здатності внаслідок руйнування елементів конструкції (STR)

·       втрата несучої здатності грунту основи (GEO)

·       втрата загальної втрати стійкості конструкції (EQU)

·       руйнування конструкції або її елементів унаслідок втомлюваності (FAT).

Залежно від визначеного типу граничного стану за несучою здатністю (STR,GEO,EQU,FAT) норми встановлюють різні часткові коефіцієнти для розрахунку конструкцій.

Часткові коефіцієнти надійності використовують при створенні комбінацій дій. Для комбінацій ULS коефіцієнти, головним чином, більше 1. Для комбінацій SLS – вони просто відсутні. Тобто дорівнюють 1.

Класифікація дій виглядає таким чином.

За походженням дія може бути пряма (навантаження напряму прикладені до конструкції) або непряма (через зміни що викликані зміною температури, вологості, нерівномірним осіданням або землетрусами).

За зміною у просторі дія може бути: фіксованою або вільною, статичною або динамічною.

В залежності від змін у часі, дії розподіляють на:

·       постійні дії (G). Наприклад: власна вага конструкцій, вага стаціонарного обладнання, дорожнього покриття та непрямі дії, що викликані усадкою та нерівномірним осіданням ґрунтів.  

·       перемінні дії (Q). Наприклад: прикладені навантаження на перекриття будівель, на балки та дахи, дії вітру або снігу.

·       випадкові дії (A). Наприклад: вибухи, землетруси, повені або удари транспортних засобів.

Наприклад, комбінації дій для стійких або перехідних розрахункових ситуацій типу STR (фундаментальні комбінації) розраховуються за виразом:

·       для граничного стану ULS

·       для граничного стану SLS 

тут

 γ - часткові коефіцієнти надійності

 ψ - коефіцієнтом сполучення перемінних дій.

Комбінації дій для випадкових розрахункових ситуацій розраховуються за виразом:

 

Формула вказує, що в комбінації враховується тільки одна випадкова дія. Тобто аналогічно нормам ДБН.

Часткові коефіцієнти надійності для перемінних дій не залежать від виду навантаження. На відміну від ДБН вони однакові: для снігу, вітру, ожеледиці, експлуатації тощо.

        Результат отримується як сума всіх постійних дій  (Σ _j≥1). До цієї суми додається одна провідна перемінна дія Q_k,1 та сума інших перемінних дій (Σ i>₁₎ . Таким чином підхід Єврокоду передбачає застосування всіх перемінних дій. Кожна перемінна дія по черзі розглядається, як провідна. Як наслідок, це приводить до значної кількості комбінацій. Ручний аналіз стає достатньо затратним за часом. Тут можна зазначити, що Єврокоди більше орієнтовані на комп’ютерні, а не на ручні методи розрахунку. Тому певні посилання на застосування програмного забезпечення будуть цілком доречні. Будемо додавати їх по мірі необхідності.

Значення навантажень визначаються за правилами викладеними у ДСТУ-Н Б EN 1991-1-1:2010. Єврокод 1. Дії на конструкції. Частини 1-4. Кожна частина норм відповідає за визначення певного навантаження: власна вага, експлуатаційне, снігове, вітрове навантаження тощо. Необхідні характеристичні навантаження  приймаються згідно національних норм проектування. Поняття граничне розрахункове значення (що  присутнє в ДБН) не існує.

Можна зауважити, що як для дій, так і для опору матеріалів  - використовують виключно характеристичні значення. Все подальше регулювання (для станів ULS та SLS) виконується за рахунок часткових коефіцієнтів надійності в рамках комбінацій дій.