Нагрузки, не укладывающиеся в приведенную логику классификации, выделяются в разряд особых нагрузок и воздействий. Иногда употребляют термин "полезная нагрузка", подчеркивая источник ее возникновения.
Приведенная классификация не исключает совмещений в определении названия нагрузки. Например, может быть такое название, как "нормативная длительная полезная нагрузка на перекрытие от стационарного технологического оборудования".
Постоянные нагрузки - собственный вес несущих и ограждающих конструкций, давление грунта, предварительное напряжение.
Временные длительные нагрузки - вес стационарного технологического оборудования, вес складируемых материалов в хранилищах, давление газов," жидкостей и сыпучих материалов в соответствующих емкостях и т.п.
Кратковременные нагрузки - нормативные значения нагрузок от снега, ветра, подвижного подъемно-транспортного оборудования, массы людей, животных и т.п.
Полезными обычно называют нагрузки, восприятие которых составляет целевое назначение сооружений, например, вес людей для пешеходного моста. Они могут быть как временными, так и постоянными, например, вес экспоната монументального выставочного сооружения является постоянной полезной нагрузкой для постамента. В этом же смысле для фундамента вес всех вышележащих конструкций представляет собой также полезную нагрузку.
Особые нагрузки - сейсмические воздействия, взрывные воздействия, нагрузки, возникающие в процессе монтажа конструкций, нагрузки, связанные с поломкой технологического оборудования и резким нарушением технологического процесса, воздействия, обусловленные деформациями основания в связи с коренными изменениями структуры грунта (замачивание просадочных грунтов, осадка грунтов в карстовых районах и над подземными выработками).
При действии на конструкцию нескольких видов нагрузок усилия в ней определяются при самых неблагоприятных сочетаниях с использованием соответствующих коэффициентов сочетаний (см. п. 2.2).
В соответствии со СНиП 2.01.07-85 "Нагрузки и воздействия" различают:
основные сочетаний, состоящие по постоянных и временных нагрузок;
особые сочетания, состоящие из постоянных, временных и одной из особых нагрузок.
При основном сочетании, включающем только одну временную нагрузку, коэффициент сочетания = I. При большем числе учитываемых временных нагрузок последние умножаются на коэффициенты сочетаний уг < 1, значения которых регламентируются СНиПом или специальными условиями проектного задания.
В особых сочетаниях временные нагрузки учитываются с коэффициентом сочетаний уг <\, а особая нагрузка - с коэффициентом ур = 1. Во всех видах сочетаний постоянная нагрузка имеет коэффициент = I.
Тимошенко СП., Дж. Гудьер. Теория упругости. - М.: Наука, 1975. - С. 576.
2.4. Работа под нагрузкой и расчет элементов конструкций
2.4.1. Учет сложного напряженного состояния при расчете металлических конструкций и условия пластичности. В правой части основного неравенства методики предельных состояний (2.1) и (2.4) фигурирует расчетное сопротивление R - Rj fm, которое устанавливается на основе испытаний металлических образцов при одноосном нагружений. Однако материал в реальных конструкциях, как правило, находится в сложном многокомпонентном напряженном состоянии. В связи с этим необходимо установить правило эквивалентности сложного напряженного состояния одноосному.
В качестве критерия эквивалентности принято использовать потенциальную энергию, накапливаемую в материале при его деформировании внепхними воздействиями. Математическое выражение этой энергии представляет собой инвариант тензора напряжений, т.е. энергия деформирования остается постоянной для различных соотнопхений компонентов напряжений, связанных законами механики деформируемого твердого тела.
Приравнивая общее выражение энергии его частному значению при одноосном напряженном состоянии, можно получить искомое правило эквивалентности.
Для удобства анализа энергию деформации можно представить в виде суммы работ по изменению объема Ао и изменению формы тела Лф. Первая не превып1ает 13% полной работы при упругом деформировании и зависит от среднего нормального напряжения
1-21
-0= (;cz) • (2.10) Вторая работа связана со сдвигами в материале:
\=K=yl-xy<y<z W 3(Т.г; + ф]. (2.11)
Как показано в гл. 1, разрушение кристаллической структуры строительных сталей и алюминиевых сплавов связано именно со сдвиговыми явлениями в материале (движение дислокаций и пр.). Поэтому при определении несущей способности материала работу по изменению объема можно не учитывать.
Опыты показывают, что при чисто гидростатическом нагружений р = = ( ёх + Sy + i z)/3 металлы выдерживают без разрушения громадное давление, многократно превышающее их несущую способность в реальных конструкциях.
Работа формоизменения (2.11) является инвариантом, поэтому при одноосном напряженном состоянии Sx = S имеем = [(1 + > )/ЗЕ]ё .
Приравнивая это значение выражению (2.11) и ивлекая квадратный корень, получим:
ёпр =/ + зу + - (ёх Sy + ёу Sz + Sz ) +
+ 3( -z-ly + + Tlx) = S. (2.12)
Это соотношение устанавливает энергетическую эквавалентность сложного напряженного состояния одноосному. Выражение в правой части иногда называют приведенным напряжением S пр, имея в виду приведение к некоторому состоянию с одноосным напряжением ё.
Если предельно допустимое напряжение в металле (рачетное сопротивление) устанавливается по пределу текучести стандартного образца i т, ТО выражение (2.12) принимает вид пр = 8т и представляет собой условие пластичности при сложном напряженном состоянии, т.е. условие перехода материала из упругого состояния в пластическое.
В стенках двутавровых балок вблизи приложения поперечной нагрузки ё X О, ё у * О, Тху Ф О, остальными компонентами напряжений можно пренебречь. Тогда условие пластичности принимает вид
пр = /eV+ у - ёх ёу + 3 Т1у= ё т. (2.13)
в точках, удаленных от места приложения нагрузки, можно пренебречь
также локальным напряжением ё у = О, тогда условие пластичности еще
более упростится: ё пр = V ё\ + 3 г ху = т.
При простом сдвиге из всех компонентов напряжений только tху * О, тогда ё пр = / Ъ г %у = (? т. Отсюда
rvy = t F= 0,58 ё г. (2.14)
В соответствии с этим выражением в СНиПе принято соотношение между расчетными сопротивлениями на сдвиг и растяжение Rs = 0,58/?y.
Следует отметить, что соотношение (2.12) справедливо не только в упругой стадии работы материала. При использовании понятия секущего модуля упругости это выражение можно распространить и на пластическую область. Основная трудность при применении выражения (2.12) заключается в определении соответствующих компонентов напряжений. Для этого используются методы строительной механики, сопротивления материалов, теории упругости, теории пластичности и т.д.
Однако во многих случаях преодоление математических трудностей при определении напряжений становится нецелесообразным либо практически невозможным. Тогда для конкретных условий экспериментальным путем устанавливается условное расчетное сопротивление для одного компонента напряжений, определяемого по упрощенной расчетной схеме элементарным путем. Такой метод принят, например, при расчете сварных соединений с угловыми швами или расчете конструкций на усталость, так как расчет компонентов напряжений для точек сварного шва и вблизи очагов зарождения усталостных трещин чрезвычайно сложен.
