Что такое нормативное и расчетное сопротивление материалов
Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях
Нормативные и расчетные сопротивления материалов
В расчете по методу предельных состояний надежность конструкции обеспечивается за счет учета возможных отклонений как действительных нагрузок, так и характеристик материалов от среднестатистических значений в неблагоприятную сторону. Значения усилий Q, так же как и несущей способности Ф, зависят от изменчивости указанных факторов и статистически подчиняются закону нормального (гауссового) распределения (рис. 3.4). Выполнение условия (3.1) должно гарантировать несущую способность конструкций с уровнем надежности не менее 99,7 %. Таким образом, нормативные сопротивления материалов наряду с нормативными нагрузками являются определяющими величинами в расчете по методу предельных состояний.
Нормативное сопротивление Rn это установленное нормами предельное значение напряжений в материале. Оно служит основной характеристикой сопротивления материалов силовым воздействиям и обычно равно контрольной характеристике в соответствии с ГОСТами на материалы. Нормами установлены и другие нормативные характеристики материалов (плотность, модуль упругости, коэффициенты трения, сцепления ползучести. усадки и др.).
Нормативное сопротивление бетона принимают в виде двух величин: временное сопротивление призм осевому сжатию (нормативная призменная прочность) и временное сопротивление осевому растяжению
Нормативные сопротивления арматуры с учетом разброса прочности принимают равными наименьшему (с вероятностью 0,95) контролируемому значению предела текучести физического или же условного. Исключение составляет обыкновенная (не высокопрочная) арматурная проволока класса В-II, для которой нормативное сопротивление R принимают равным наименьшему (с вероятностью 0,95) контролируемому значению напряжения, соответствующему 75% от временного сопротивления разрыву. Нормативные сопротивления арматуры приведены в табл. 3.4.
В зависимости от класса арматуры принимают коэффициенты надежности по арматуре V, 1,05..1,20. Расчетные сопротивления арматуры R растяжению даны в табл. 3.6. При сжатии расчетные сопротивления арматуры в расчете но I группе предельных состояний (кроме класса А-IIIв) принимают равными расчетным сопротивлениям арматуры R при растяжении, но не более 400 МПа.
Что такое нормативное и расчетное сопротивление материалов
РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ СТАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ
Stress calculation of steel pipelines*
____________________________________________________________________
Текст Сравнения СП 33.13330.2012 со СНиП 2.04.12-86 см. по ссылке.
— Примечание изготовителя базы данных.
____________________________________________________________________
Дата введения 2013-01-01
Сведения о своде правил
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 465 «Строительство»
3 ПОДГОТОВЛЕН к утверждению Департаментом архитектуры, строительства и градостроительной политики
4 УТВЕРЖДЕН приказом Министерства регионального развития Российской Федерации (Минрегион России) от 29 декабря 2011 г. N 621 и введен в действие с 01 января 2013 г.
5 ЗАРЕГИСТРИРОВАН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт). Пересмотр СП 33.13330.2010 «СНиП 2.04.12-86 Расчет на прочность стальных трубопроводов»
Изменение N 1 внесено изготовителем базы данных
Введение
1 Область применения
Настоящий свод правил не распространяется на магистральные и промысловые газо- и нефтепроводы, технологические и шахтные трубопроводы, на трубопроводы, работающие под вакуумом и испытывающие динамические воздействия транспортируемой среды, трубопроводы особого назначения (атомных установок, передвижных агрегатов, гидро- и пневмотранспорта и др.), а также на трубопроводы, регламентированные в [1].
2 Нормативные ссылки
В настоящем своде правил приведены ссылки на следующие нормативные документы:
ГОСТ 12.1.007-76 ССБТ. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности
ГОСТ 24856-2014 Арматура трубопроводная. Термины и определения
СП 14.13330.2014 «СНиП II-7-81* Строительство в сейсмических районах» (с изменением N 1)
СП 20.13330.2011 «СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия»
СП 24.13330.2011 «СНиП 2.02.03-85 Свайные фундаменты»
СП 35.13330.2011 «СНиП 2.05.03-84* Мосты и трубы»
3 Термины и определения
В настоящем своде правил применены следующие термины с соответствующими определениями:
3.1 анкер: Устройство, обеспечивающее стабильность проектного положения трубопровода на обводненных участках трассы;
3.2 балластировка трубопровода: Установка на трубопроводе устройств, обеспечивающих его проектное положение на обводненных участках трассы;
3.3 минимальная толщина стенки: Номинальная минус допуск на толщину стенки трубы;
3.4 номинальная толщина стенки трубы: Толщина стенки трубы, полученная из расчета на прочность под внутренним давлением и округленная до ближайшего большего значения, предусмотренного государственными стандартами или техническими условиями;
3.5 номинальный диаметр: Приблизительно равен внутреннему диаметру трубопровода, выраженному в миллиметрах и соответствующий ближайшему значению из ряда чисел, принятых в установленном порядке (не имеет единицы измерения), ГОСТ 24856;
3.6 рабочее давление: Наибольшее избыточное давление в данной точке трубопровода на всех предусмотренных проектом стационарных режимах работы трубопровода;
3.7 расчетная толщина стенки трубопровода: Толщина стенки, определяемая из расчета по заданным значениям расчетного давления, наружного диаметра трубы и расчетного сопротивления материала;
3.8 соединительные детали: Элементы трубопровода, предназначенные для изменения направления его оси, ответвления от него, изменения его диаметра, толщины стенки и герметизации (отвод, тройник, переход, переходное кольцо, днище (заглушка));
3.9 упругий изгиб: Изменение направления оси трубопровода (в вертикальной или горизонтальной плоскостях) без использования отводов.
4 Обозначения и сокращения
В настоящем своде правил приняты следующие обозначения и сокращения:
— ширина накладок соответственно магистральной части и ответвления тройникового соединения;
— наружный диаметр труб и соединительных деталей;
— наружный диаметр соответственно магистральной части и ответвления тройникового соединения;
— внутренний диаметр труб;
— высота эллиптической части заглушки;
— коэффициент повышения гибкости гнутых отводов;
— расчетные изгибающий момент и усилие на единицу длины продольного сечения трубопровода;
— коэффициент интенсификации напряжений;
— рабочее (нормативное) давление транспортируемой среды;
— нормативная ветровая нагрузка на единицу длины надземного трубопровода;
— нормативная гололедная нагрузка;
— нормативная снеговая нагрузка;
— нормативная нагрузка от веса транспортируемой среды;
— расчетные сопротивления материала труб и соединительных деталей соответственно по временному сопротивлению и пределу текучести;
— нормативные сопротивления материала труб и соединительных деталей соответственно по временному сопротивлению и пределу текучести;
— радиус кривизны отвода;
— радиус закругления тройника;
— расчетная толщина стенки труб и соединительных деталей;
— номинальная толщина стенки трубы соединительных деталей;
— толщина изоляционного (теплоизоляционного) покрытия трубопровода;
— коэффициент условий работы трубопровода;
— коэффициент надежности по нагрузке;
— коэффициент надежности по временному сопротивлению материала труб и соединительных деталей при нормальной температуре (20 °С);
— коэффициент надежности по пределу текучести материала труб и соединительных деталей при нормальной температуре (20 °С);
— коэффициент надежности по ответственности трубопровода;
— поправочный коэффициент надежности по материалу труб и соединительных деталей при расчетной температуре эксплуатации в расчетах по временному сопротивлению;
— поправочный коэффициент надежности по материалу труб и соединительных деталей при расчетной температуре эксплуатации в расчетах по пределу текучести;
— коэффициент надежности для труб и соединительных деталей в расчетах по временному сопротивлению;
— объемный вес транспортируемой среды;
— коэффициент несущей способности труб и соединительных деталей;
— геометрический параметр соответственно магистральной части, ответвления тройникового соединения и отвода;
— максимальное продольное напряжение от расчетных нагрузок и воздействий;
— максимальное (фибровое) суммарное продольное напряжение;
— продольное осевое напряжение от расчетных нагрузок и воздействий;
— параметр внутреннего давления соответственно магистральной части, ответвления тройникового соединения и отвода.
Нормативные и расчетные значения сопротивлений материалов и нагрузок
При расчетах по предельным состояниям первой и второй групп вкачестве главного прочностного показателя материала, как уже отмечалось, устанавливается его сопротивление, которое (наряду с другими характеристиками) может принимать нормативные и расчетные значения:
Rn— нормативное сопротивление материала,представляет собой основной параметр сопротивления материалов внешним воздействиям и устанавливается соответствующими главами строительных норм (с учетом условий контроля и статистической изменчивости сопротивлений). Физический смысл нормативного сопротивления Rn — это контрольная или браковочная характеристика сопротивления материала с обеспеченностью не менее 0,95%;
R —расчетное сопротивление материала, определяется по формуле
ут
где ут — коэффициент надежности по материалу,учитывает возможные отклонения сопротивления материала в неблагоприятную сторону от нормативных значений, ут > 1. ‘
Коэффициент надежности по материалу учитывает несоответствие фактической работы материала в конструкциях и его работы при испытании в образцах, а также возможность попадания вконструкции материала со свойствами ниже установленных в ГОСТ.
Расчетные сопротивления в расчетах следует принимать с коэффициентом условий работы уе:
ус — коэффициент условий работы, учитывает особенности работы материалов, элементов и соединений конструкций, а также зданий и сооружений в целом, если эти особенности имеют систематический характер, но не отражаются в расчетах прямым путем (учет температуры, влажности, агрессивности среды, приближенности расчетных схем и др.). При выводе расчетных формул и написании формул, приводимых в СНиП, иногда не указывают, что расчетные сопротивления умножаются на у„ но если коэффициент условия работы отличается от единицы, на него всегда надо умножать расчетное сопротивление, т.е. во всех формулах, где есть R, вместо R надо подставлять произведение Ryc.
Нормативные Rn и расчетные R сопротивления приводятся в соответствующих главах СНиП в зависимости от материала (см. главу 2.3).
Нормативные и расчетные значения устанавливаются не только для сопротивлений материалов, но и для нагрузок, учитывая изменчивость их величин или невозможность их определения сабсолютной точностью:
N n — нормативная нагрузка, рассчитывается по проектным размерам конструкций или принимается в соответствии с главой СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия»;
N — расчетная нагрузка,определяется по формуле
где уf — коэффициент надежности по нагрузкам, учитывает возможные отклонения нагрузок в неблагоприятную (большую или меньшую) сторону от их нормативных значений. Как правило,
Нормы учитывают также возможные последствия от аварий, этот учет ведется при помощи коэффициента надежности по ответственности, на который умножаются расчетные нагрузки, что ведет к понижению или повышению их значения:
где yn — коэффициент надежности по ответственности, учитывает экономические, социальные и экологические последствия, которые могут возникать в результате аварий. Большинство зданий (сооружений) массового строительства (жилые, общественные, производственные, сельскохозяйственные здания и сооружения) относятся к нормальному уровню ответственности, для которого установлено значение коэффициента yn = 0,95. Подробнее см. Приложение 7 СНиП 2.01.07-85*.
Соответственно, сервисная нагрузка Nserи сервисное сопротивление Rser считаются расчетными для расчетов по предельным состояниям второй группы.
При расчетах по первой группе предельных состояний, которые связаны собеспечением несущей способности конструкции (здания), принимают расчетные значения: расчетные нагрузки N и расчетные сопротивления материала R.
При сравнении расчетных и нормативных значений видно, что расчетные нагрузки обычно больше нормативных, а расчетные сопротивления меньше нормативных сопротивлений. Так учитывается вопределенном смысле большая ответственность расчета по предельным состояниям первой группы по сравнению с расчетами, относящимися ко второй группе.
При выполнении расчетов, относящихся к первой и второй группам предельных состояний, необходимо учитывать значения нагрузок, сопротивления материалов и коэффициенты в соответствии с табл. 2.1. перечисленные факторы не превышают значений, установленных нормами. Вся сложность расчета заключается в том, чтобы определить величины напряжений, деформаций и т.д., возникающих вконструкциях под действием нагрузок. Сравнить их с предельными значениями обычно не представляет труда.
Расчетные и нормативные сопротивления материалов строительных конструкций.
В качестве основного параметра, который характеризует сопротивление материала силовым воздействиям, нормы проектирования устанавливают его нормативное сопротивление jRH, кгс/см2 (МПа). Величина RH равна значению контрольной (или браковочной) ‘характеристики прочности, устанавливаемой соответствующими государственными стандартами на материалы. Обеспеченность значений нормативных сопротивлений материалов принимается не менее 0,95. Это значит, что не менее 95% испытанных образцов имеют сопротивление, равное или большее RH.
Расчетное сопротивление /?, кгс/см2 (МПа), получают делением нормативного сопротивления на соответствующий коэффициент безопасности &б>1> а в необходимых случаях умножают на коэффициент условий работы
Значения нормативных сопротивлений, коэффициентов безопасности, условий работы и расчетных сопротивлений для материалов металлических и ‘железобетонных конструкций приведены в разделах. II и III. В практических расчетах используют, как правило,расчетные сопротивления.
При расчетах по предельным состояниям первой и второй групп вкачестве главного прочностного показателя материала, как уже отмечалось, устанавливается его сопротивление, которое (наряду с другими характеристиками) может принимать нормативные и расчетные значения:
Rn— нормативное сопротивление материала,представляет собой основной параметр сопротивления материаловвнешним воздействиям и устанавливается соответствующими главами строительных норм (с учетом условий контроля и статистической изменчивости сопротивлений). Физический смысл нормативного сопротивления Rn — это контрольная или браковочная характеристика сопротивления материала с обеспеченностью не менее 0,95%;
R—расчетное сопротивление материала,определяется по формуле
ут
где ут — коэффициент надежности по материалу,учитывает возможные отклонения сопротивления материала в неблагоприятную сторону от нормативных значений, ут > 1. ‘
Коэффициент надежности по материалу учитывает несоответствие фактической работы материала в конструкциях и его работы при испытании в образцах, а также возможность попаданиявконструкции материала со свойствами ниже установленных в ГОСТ.
Расчетные сопротивления в расчетах следует принимать с коэффициентом условий работы уе:
ус — коэффициент условий работы, учитывает особенности работы материалов, элементов и соединений конструкций, а также зданий и сооружений в целом, если эти особенности имеют систематический характер, но не отражаются в расчетах прямым путем (учет температуры, влажности, агрессивности среды, приближенности расчетных схем и др.). При выводе расчетных формул и написании формул, приводимых в СНиП, иногда не указывают, что расчетные сопротивления умножаются на у„ но если коэффициент условия работы отличается от единицы, на него всегда надо умножать расчетное сопротивление, т.е. во всех формулах, где есть R, вместо R надо подставлять произведение Ryc.
Нормативные Rn и расчетные R сопротивления приводятся в соответствующих главах СНиП в зависимости от материала (см. главу 2.3).
Нормативные и расчетные значения устанавливаются не только для сопротивлений материалов, но и для нагрузок, учитывая изменчивость их величин или невозможность их определения сабсолютной точностью:
N n — нормативная нагрузка,рассчитывается по проектным размерам конструкций или принимается в соответствии с главой СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия»;
N — расчетная нагрузка,определяется по формуле
где уf — коэффициент надежности по нагрузкам,учитывает возможные отклонения нагрузок в неблагоприятную (большую или меньшую) сторону от их нормативных значений. Как правило,
Нормы учитывают также возможные последствия от аварий, этот учет ведется при помощи коэффициента надежности по ответственности, на который умножаются расчетные нагрузки, что ведет к понижению или повышению их значения:
где yn — коэффициент надежности по ответственности,учитывает экономические, социальные и экологические последствия, которые могут возникать в результате аварий. Большинство зданий (сооружений) массового строительства (жилые, общественные, производственные, сельскохозяйственные здания и сооружения) относятся к нормальному уровню ответственности, для которого установлено значение коэффициента yn = 0,95. Подробнее см. Приложение 7 СНиП 2.01.07-85*.
Соответственно, сервисная нагрузкаNserи сервисное сопротивлениеRserсчитаются расчетными для расчетов по предельным состояниям второй группы.
При расчетах по первой группе предельных состояний,которые связаны собеспечением несущей способности конструкции (здания), принимаютрасчетные значения: расчетные нагрузки Nи расчетные сопротивления материала R.
При сравнении расчетных и нормативных значений видно, что расчетные нагрузки обычно больше нормативных, а расчетные сопротивления меньше нормативных сопротивлений. Так учитывается вопределенном смысле большая ответственность расчета по предельным состояниям первой группы по сравнению с расчетами, относящимися ко второй группе.
При выполнении расчетов, относящихся к первой и второй группам предельных состояний, необходимо учитывать значения нагрузок, сопротивления материалов и коэффициенты в соответствии с табл. 2.1. перечисленные факторы не превышают значений, установленных нормами. Вся сложность расчета заключается в том, чтобы определить величины напряжений, деформаций и т.д., возникающих вконструкциях под действием нагрузок. Сравнить их с предельными значениями обычно не представляет труда.
Нормативные и расчётные сопротивления строительных материалов
Основной характеристикой материалов, по которой оценивается их способность сопротивляться силовым воздействиям, является нормативное сопротивление Rн.
Назначению нормативного сопротивления должно предшествовать установление характера и параметров кривой распределения прочности, которую строят по результатам испытаний большого числа (нескольких тысяч) образцов материала. Статистическая обработка результатов таких испытаний позволяет построить достаточно достоверную кривую распределения, которая будет показывать, какова вероятность или частота (в процентах от общего числа испытанных образцов) появления образца той пли иной прочности. СНиП II.AlO-71 устанавливает, что из. 100% испытанных, образцов не менее 95% должны иметь прочность, большую нормативного сопротивления или равную ему. При соблюдении этого условия говорят, что нормативное сопротивление имеет обеспеченность не менее 0,95.
Нормативное сопротивление, является основным мерилом при оценке качества конструктивных материалов при проверочных испытаниях прочность материалов должна быть не меньше нормативного сопротивления.
Коэффициент безопасности по материалу k, который больше единицы, учитывает вероятность проявления материалом прочности меньшей, чем нормативное сопротивление, т. е. отклонение прочности в неблагоприятную для конструкции сторону. Нормы устанавливают, что значение коэффициента безопасности по материалу должно быть не меньше 1,1. Коэффициент k учитывает отклонение, вызванное статистической изменчивостью, а также нестатистическими факторами (например, влиянием длительных нагрузок, несоответствием между прочностью малых образцов, которые применяют для выявления и прочностью элементов реальных конструкций, имеющих значительно большее поперечное сечение).
Расчетное сопротивление материала получают путем деления нормативного сопротивления на коэффициент безопасности по материалу: R = Rн/k
Расчетное сопротивление — это прочностная характеристика, принимаемая при расчетах конструкций.
Коэффициенты условий работы m учитывают такие факторы, как температура и влажность среды, продолжительность воздействий, а также приближенность расчетных схем, возможность перераспределения усилий и т. д. Факторы (условия работы), учитываемые коэффициентом m, проявляются лишь в тех или иных специфических условиях эксплуатации конструкций. Они могут ухудшать (либо улучшать) прочность материала. Коэффициент вводится в расчет в качестве сомножителя к расчетному сопротивлению, так что при учете неблагоприятных условий m 1.
Влияние длительных нагрузок на прочность древесины учтено коэффициентом безопасности по материалу k и дополнительно учитывается коэффициентом m лишь в особых случаях.
Нормативные и расчетные сопротивления характеризуют одно из основных свойств материала — его прочность. Наряду с величинами сопротивлений при расчетах необходимо иметь значения других характеристик материалов: плотности, модуля упругости, коэффициента Пуассона и др. Нормативные значения этих характеристик принимаются по их среднестатистическим величинам.