50134

ВЕРОЯТНОСТНО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ МЕТОД РАСЧЕТА СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Лекция

Архитектура, проектирование и строительство

Принципиальное отличие этого метода от заложенного в нормы метода расчета по предельным состояниям состоит в том что в расчет вводится не нормативные или расчетные значения нагрузок и прочностных свойств конструкционных материалов а СТАТИСТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ их распределений СРЕДНИЕ ЗНАЧЕНИЯ И КОЭФФИЦИЕНТЫ ВАРИАЦИИ. Коэффициент надежности по ответственности не используется. Таблица 1 Статистические характеристики давления ВЕТРА Ветровой район Среднее значение давления ветра кПа кг м2 Коэффициенты вариации Vf k = qo I II III IV...

Русский

2014-01-16

172.5 KB

6 чел.

18  ВЕРОЯТНОСТНО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ  МЕТОД

РАСЧЕТА  СТАЛЬНЫХ  КОНСТРУКЦИЙ

18.1  Основы метода и исходные параметры

В основу этого метода положен принцип чисто экономической ответственности, то есть подразумевается, что в случае отказа конструкции или ее элемента не возникает опасность травматизма или человеческих жертв.

Расчет ведется с целью обеспечения оптимального уровня надежности, определяемого из чисто экономических соображений. Метод расчета был разработан и апробирован А.Я. Дривингом при проектировании теплиц с металлическим каркасом. Он может использоваться для расчета несущих конструкций, в которых по условиям технологии производства или эксплуатации нет постоянных рабочих мест.

Принципиальное отличие этого метода от заложенного в нормы метода расчета по предельным состояниям состоит в том, что в расчет вводится не нормативные или расчетные значения нагрузок и прочностных свойств конструкционных материалов, а СТАТИСТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ их распределений - СРЕДНИЕ ЗНАЧЕНИЯ И КОЭФФИЦИЕНТЫ ВАРИАЦИИ. Коэффициент надежности по ответственности не используется.

Таблица 1 Статистические характеристики  давления ВЕТРА

Ветровой

район

Среднее значение давления ветра

,

кПа (кг/м2)

Коэффициенты

вариации Vf

k =

qo/

I

II

III

IV

0,196 (20)

0,265 (27)

0,353 (36)

0,471 (48)

0,44

0,37

0,32

0,30

1,35

1,30

1,25

1,15

Таблица 2 Статистические характеристики  веса СНЕГОВОГО  ПОКРОВА

Снеговой

район

Среднее значение веса снегового покрова на 1 м2 горизонтальной поверхности земли

,

кПа (кг/м2)

Коэффициент вариации

Vf

I

II

III

IV

V

0,485 (50)

0,685 (70)

0,980 (100)

1,470 (150)

1,960 (200)

0,45

0,40

0,35

0,30

0,30

Таблица 3 Коэффициенты вариации ВЕСА конструкций и оборудования

Конструкции, оборудование

Коэффициент вариации Vf

1. Стальные конструкции

2. Асбестоцементные листы, железобетонные плиты

3. Деревянные конструкции (обрешетки, прогоны)

4. Стяжки, засыпки, выполняемые на строительной площадке

5. Стационарное оборудование

0,025

0,050

0,050

0,150

0,100

Таблица 4 Статистические характеристики  стали по ГОСТ 380-71*

Профили, марки стали

Среднее значение предела текучести

МПа (кгс/мм2)

Коэффициент вариации Vm

1. Гнутые, толщина листа свыше 3 мм, марка стали

В Ст3 пс3, В Ст3 пс2

В Ст3 кп3, В Ст3 кп2

В Ст2 пс3, В Ст2 пс2

В Ст3 кп3, В Ст2 п2

2. Прокатные, толщина полки до 5 мм, марка стали

В Ст3 Г сп2

В Ст3 пс2

В Ст3 кп2

3. То же, свыше 5 мм, марки стали, указанные в поз. 2

305 (31)

285 (29)

295 (30)

275 (28)

315 (32)

295 (30)

275 (28)

270 (28)

0,08

0,08

0,08

0,09

0,07

0,08

0,09

0,08

Таблица 5 Статические характеристики стали по ТУ 14-1-3023-80

Марка

стали и

вид

проката

Толщина

листа

или полки профиля,

мм

Сталь группы I

Сталь группы II

Среднее значение предела текучести

МПа (кг/мм2)

Коэффициент

вариации

Vm

Среднее значение предела текучести

МПа

(кг/мм2)

Коэффи-

циент

вариации

Vm

В Ст3 сп,

лист

4 - 6

8 - 10

12 - 16

285 (29,0)

283 (28,8)

273 (27,8)

0,049

0,050

0,052

321 (32,7)

315 (32,1)

303 (30,9)

0,064

0,060

0,060

В Ст3 пс,

лист

4

8

12

6

10

16

280 (28,5)

277 (28,3)

270 (27,5)

0,055

0,056

0,053

313 (31,9)

309 (32,5)

298 (30,4)

0,058

0,055

0,055

В Ст3 сп,

фасон

4

8

12

6

10

16

293 (29,9)

292 (29,8)

282 (28,7)

0,080

0,080

0,051

330 (33,6)

325 (33,1)

311 (31,7)

0,062

0,058

0,056

В Ст3 пс,

фасон

4 - 6

8 - 10

12 - 16

284 (28,9) 282 (28,7) 280 (28,5)

0,050

0,050

0,051

318 (32,4) 313 (32,9) 308 (31,4)

0,062

0,053

0,053

18.2 Расчетные зависимости

Среднее значение ветровой нагрузки определяется по формуле

где  k и с - коэффициенты, рассмотренные ранее;

- среднее значение давления ветра, принимаемое по табл. 1.

Среднее значение снеговой нагрузки на 1 м2 горизонтальной проекции кровли определяется по формуле

=  

где   - коэффициент, перехода к профилю покрытия,  рассмотренный ранее ;

- среднее значение веса снегового покрова, принимаемое по табл. 2.

Средние значения веса конструкций и оборудования принимаются равными нормативным значениям, как это установлено в СНиП 2.01.07-85. Коэффициенты вариации для этих нагрузок принимаются по табл. 3.

При расчете конструкций на основные сочетания, включающие одну временную нагрузку, все нагрузки учитываются их полными значениями. Если же в основном сочетании две или более кратковременные нагрузки, средние значения этих нагрузок, точнее, соответствующие им усилия необходимо умножать на коэффициент сочетаний, определяемый по формуле

где f - коэффициент, надежности по нагрузке, определяемый по СНиП 2.01.07-85*;

k  - коэффициент, равный отношению нормативного значения нагрузки к  ее среднему значению. Для всех нагрузок, кроме ветровой, k = 1.  Значения  k  для  ветровой нагрузки приведены в табл. 1.

Расчет элементов конструкций производится по формулам действующих норм проектирования. При этом в формулах заменяется:

- расчетное сопротивление Ry  -  на среднее значение предела текучести ;

- расчетные усилия N, M, Q  - на значения этих усилий ,  и  от средних значений нагрузок;

- коэффициенты условий работы  - на приведенный коэффициент условий работы .

Для сжатых элементов металлических конструкций

Для прочих элементов

Коэффициент условий работы  учитывает особенности действительной работы материала, элементов и конструкций в целом, имеющие систематический характер, но не отражаемые в расчете прямым путем. Он вводится в качестве множителя к значению расчетного сопротивления.

Этот коэффициент учитывает влияние неблагоприятных факторов - отклонений температуры, агрессивности окружающей среды, длительности и многократной повторяемости воздействий, несовместности работы проволок канатов и др., (<1), и благоприятных факторов перераспределения усилий, деформаций (>1).

Напряжения от средних значений , , стоящие в левых частях расчетных неравенств, следует умножать на коэффициент надежности , определяемый по формуле

где vd - расчетный коэффициент вариации, учитывающий изменчивость прочностных показателей материала и статистическую природу усилий (нагрузок);

 - коэффициент, показывающий часть стоимости ремонта несущей конструкции после ее отказа от полной ее стоимости;

допускается принимать = 0,5;

- коэффициент экономической ответственности;

= Ен.п.- норматив для приведения разновременных затрат по "Инструкции по определению экономической эффективности капитальных вложений в строительстве".

= 0,08.

где vm -  коэффициент вариации предела текучести  стали, приведенный в табл. 4, 5 ;

vs -  коэффициент вариации усилий

- коэффициенты вариации каждой нагрузки, входящей в расчетное сочетание, приведенные в табл. 1-3;

- долевой коэффициент каждой нагрузки;

m – число нагрузок в сочетании;

- коэффициент, учитываемый при проверке устойчивости сжатых элементов и при проверке устойчивости плоской формы деформирования изгибаемых и внецентренно сжатых в одной плоскости элементов.

здесь  - условная гибкость.

Во всех остальных случаях = 1.

При расчете сжатых элементов стальных конструкций коэффициент продольного изгиба определяется по формулам:

при  и

при .

Коэффициент экономической ответственности определяется по формуле

,

где  - средняя стоимость устранения ущерба, вызванного отказом конструкции;

с0 – ожидаемая стоимость несущей конструкции в деле;

- ожидаемое значение коэффициента надежности.

На основе технико-экономических расчетов установлено, что значение можно принимать равным:

8,0 - для металлических конструкций теплиц;

2,5 - для МК комплексов послеуборочной обработки зерна.

Расчет соединений элементов конструкций производится на усилия от РАСЧЕТНЫХ НАГРУЗОК, которые определяются умножением усилий от средних значений нагрузок на соответствующие коэффициенты надежности по нагрузке. Усилия от ветровой нагрузки дополнительно умножаются на коэффициент k из табл. 1/

Перемещения элементов конструкций от средних значений нагрузок не должны превышать приведенных в СНиП II-23-81*, а для теплиц - в статье А.Я. Дривинга "Вероятностно-экономический метод в нормах расчета строительных конструкций" в журнале "Строительная механика и расчет сооружений" № 3 за 1988 г., с. 7 - 11.

18.3 Примеры расчета

Задача. Проверить сжатый элемент фермы покрытия на устойчивость.

Исходные данные

Поперечное сечение из спаренных уголков 75х5, профили гнутые.

Площадь сечения А = 14,78 см2, радиусы инерции ix = 2,31 см, iy = 3,35 см, длина элемента l = 185 см.

Материал сталь В Ст3 кп, ГОСТ 380-71*.

Кровля двухскатная, угол наклона пояса .

Покрытие бесфонарное. Снеговой район IV.

Нормативные значения нагрузок:

- собственный вес кровли из асбестоцементных волнистых листов по деревянным прогонам и обрешетке 100 кг/м2;

- собственный вес стальных несущих конструкций покрытия 50 кг/м2;

- снеговая нагрузка So = 150 кг/м2.

Усилия в элементах от нормативных нагрузок:

- от веса покрытия 5,33 тс;

- от веса стальных конструкций 2,67 тс;

- от снеговой 8,00 тс.

Коэффициент надежности по ответственности  = 0,95

Коэффициент экономической ответственности = 2,50

Коэффициент (доля) стоимости ремонта после отказа =  0,50.

РАСЧЕТ ПО НОРМАМ СНиП II-23-81* "СТАЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ" 

Отношение = (100 + 50)/150 = 1. Тогда коэффициент надежности по снеговой нагрузке   = 1,4.

Для собственного веса покрытия   = 1,1.

Расчетное усилие в элементе

N = 8,0 × 1,4 + (5,33 + 2,67) × 1,1 = 20,0 тс

Гибкость элемента

= 185 / 2,31 = 80,0

Коэффициент продольного изгиба по табл. 72 СНиП II-25-80*  φ = 0,686.

Коэффициент условий работы  = 0,8.

Расчетное сопротивление по пределу текучести

Ry = 2300 кг/см2 по табл. 51*.

Проверяем устойчивость элемента по формуле

кг/см2 >  кг/см2

Устойчивость элемента не обеспечена. Требуется увеличить размеры поперечного сечения (номер профиля).

ВЕРОЯТНОСТНО - ЭКОНОМИЧЕСКИЙ  РАСЧЕТ

Напряжение от среднего значения снеговой нагрузки

кг/см2

То же, от собственного веса стальных конструкций

кг/см2

От веса кровли

кг/см2

Долевые коэффициенты напряжений для каждой нагрузки:

Коэффициенты вариации нагрузок (табл. 2, 3):

-  снеговой v   = 0,30

-  веса стальных конструкций v   = 0,025

-  веса кровли v   = 0,05

Коэффициент вариации усилий

Коэффициент вариации предела текучести стали В Ст3 кп по табл. 4 поз. 1 .

Условная гибкость элемента

Определяем коэффициент  для проверки устойчивости

=

Расчетный коэффициент вариации

.

Коэффициент надежности

Коэффициент продольного изгиба

Полное значение продольной силы от средних значений нагрузок

= 8 + 5,33 + 2,67 = 16,0 т.

Приведенный коэффициент условий работы

.

Проверяем устойчивость элемента

кг/см2 <  кг/см2 .

Устойчивость обеспечена. Вероятностно-экономический метод, как и следовало ожидать, дает более экономичное проектное решение с меньшим расходом материала.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

49037. Экономическая теория. Особенности экономических процессов 957.34 KB
  Экономика – одна из древнейших наук, которая всегда привлекала внимание ученых и образованных людей. Объясняется это тем, что изучение экономической теории – это реализация объективной необходимости познания мотивов, действий людей в хозяйственной деятельности, законов хозяйствования во все времена.
49038. ПРАВА ГРОМАДЯН У СФЕРІ ВИКОНАВЧОЇ ВЛАДИ: АДМІНІСТРАТИВНО-ПРАВОВЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ РЕАЛІЗАЦІЇ ТА ЗАХИСТУ 798.5 KB
  Досліджуються актуальні проблеми адміністративно-правового забезпечення реалізації та захисту прав громадян у сфері виконавчої влади. Ґрунтовно розглядаються політико-правові аспекти взаємодії людини, держави і управління, розвиток демократичних засад державного управління у світлі сучасного європейського досвіду...
49039. Выполнение действия в виде функций с динамическим распределением памяти программным способом 365.5 KB
  Вывести результат сглаживания заданной вещественной матрицы размером 10 на 10. Соседями элемента Аij в матрице назовем элементы. Операция сглаживания матрицы дает новую матрицу того же размера, каждый элемент которой получается как среднее арифметическое имеющихся соседей соответствующего элемента исходной матрицы.
49040. Решение дифференциального уравнение с заданными начальными значениями 451 KB
  Данное уравнение необходимо решить методом Эйлера и Эйлера модифицированного а также сравнить результаты и сделать вывод об эффективности методов построить их графики.Метод Эйлера Данный метод одношаговый. Обобщим формулу для решения дифференциальных уравнений методом Эйлера: 3.Эйлер модифицированный Для уменьшения погрешности вычислений часто используется модифицированный метод Эйлера.
49041. WEB – СЕРВИС 1.21 MB
  Приходится разбираться с многочисленными параметрами конфигурации pche PHP и MySQL. Денвер это те же самые дистрибутивы pche PHP MySQL. Денвер создавался для того чтобы упростить настройку и установку свободно распространяемых программ pche PHP MySQL и т. Базовый пакет содержит большинство необходимых Webпрограммисту программ и утилит: pche с поддержкой SSI mod_rewrite mod_php.
49043. Расчёт и моделирование частотно-избирательного усилителя 712.5 KB
  Еще один буферный каскад должен согласовывать последний УК с входным сопротивлением RCфильтра и еще один на полевом транзисторе с высоким выходным сопротивлением датчика. Итого схема будет состоять из датчика трех буферных каскадов двух усилительных RCфильтра и нагрузки. Схема будет состоять из датчика 4х каскадов усиления одного буферного каскада для согласования с RCфильтром RCфильтра.
49044. Основные жизненные процессы 439.5 KB
  В организованной структуре ее элементы осуществляют только такую активность, которая не нарушает существования и функционирования органического целого. Поэтому повышение (или усложнение) организации означает уменьшение степени свободы частей целого. Жестко организованные объекты имеют нулевую степень свободы частей
49045. Прогнозирование курса доллара 198.5 KB
  Практическое применение нейронных сетей для прогнозирования курса доллара. Целью данной курсовой работы является прогнозирование курса доллара с использованием нейросетевых технологий. Основными задачами на пути достижения поставленной цели являются: Составление модели для прогнозирования курса доллара; Создание оптимально работающей нейросети для прогнозирования курсов доллара.