Какой должен быть коэффициент запаса прочности
Перейти к содержимому

Какой должен быть коэффициент запаса прочности

  • автор:

Коэффициент Запаса Прочности И Устойчивости В Строительстве

При проектировании всех сооружений мы можем использовать только некоторую часть несущей способности конструкции. Отношение разрушающей нагрузки к расчетной называется коэффициентом запаса. Величина коэффициента запаса в строительстве зависит от целого ряда особенностей материала конструкций и условий их возведения. Имеет значение также и точность методов расчета. Величина коэффициентов запаса для тех или иных конструкций устанавливается на основании учета широкого опыта их применения.

Для правильного понимания коэффициентов запаса в каменных конструкциях и сознательного пользования ими мы должны установить, из каких основных элементов они слагаются.

Назначая коэффициент запаса в строительстве, учитывают следующие неблагоприятные для работы конструкции моменты:

  • Возможность некоторого повышения действующих сил по сравнению с расчетными. Нагрузки конструкции подсчитываются довольно точно. В каменных зданиях основной преобладающей нагрузкой является собственный вес конструкции, который может быть определен с достаточной степенью точности. Такие менее определенные нагрузки, как например давление ветра, имеют меньшее значение при расчете каменных конструкции. Установленная нормами величина давления ветра предусматривает худшие случаи; имевшие место в определенном районе на протяжении очень длительного периода времени. Поэтому значительного превышения фактических нагрузок относительно расчетных не может быть. Отсюда можно принять, что возможное превышение полной расчетной нагрузки должно учитываться для каменных конструкций в пределах максимум до 25%. Если бы мы рассматривали только временные нагрузки, то коэффициент возможного превышения был бы значительно больше и вытекал бы из конкретных условий каждого отдельного случая.
  • Возможность колебания в неблагоприятную сторону показателей прочности материалов. Расчет ведется по средним показателям прочности материалов. Стандарты на каменные материалы и технические условия на растворы допускают определенные отклонения в показателях прочности в худшую сторону. Кроме того надо учесть неоднородность материалов, из которых ведется кладка, и большое влияние “руки каменщика“ даже при соблюдении им технических условий на кладку. Действительно, выкладывая образцы из одной партии материалов в лабораторных условиях, мы получаем колебания прочности кладки в ту и другую стороны в пределах +/- 20%. С учетом же допускаемых техническими условиями колебаний в прочности материалов прочность кладки может снизиться до 30%.
  • Возможность производственных отклонений в размерах конструкций и разбивке осей. Установленные допуски в размерах кладки, величине эксцентричности и глубине пустошовки могут дать в совокупности повышение напряжений до 10%.

Учет трех перечисленных выше моментов в указанных пределах, которые должны считаться нормальными для кладки даже при соблюдении всех технических условий на производство работ, дает следующую минимальную величину коэффициента запаса для кладки:

Такой минимальный коэффициент запаса для практики массового строительства явно недостаточен. Необходимо считаться с определенным технических уровнем выполнения каменных конструкций на настоящем этапе. Испытание кирпича и раствора производится далеко не во всех случаях, часто применяются не вполне доброкачественные материалы. Отклонения в размерах, вертикальности, разбивке осей, пустошовке и т. д. весьма часто превышают установленные допуски. Качество кладки не всегда на должной высоте. Если бы без коренного улучшения всей техники выполнения кладки был установлен определенный выше минимальный коэффициент запаса 2, то мы при стечении неблагоприятных обстоятельств имели бы массовые случаи аварий каменных конструкций. Изучение результатов массового опыта применения каменных конструкций и анализ имевших место аварий приводит к необходимости дополнительного поправочного коэффициента запаса в строительстве, который учел бы технический уровень выполнения на производстве каменных конструкций. Этот поправочный коэффициент принят в 1,5, что дает общий коэффициент запаса 3. Такой коэффициент и принят как основной для расчета каменных конструкций. Дополнительный коэффициент запаса должен учесть также и то, что мы ведем расчеты по стадии окончательного разрушения конструкции, тогда как первые трещины возникают при значительно более низких нагрузках, составляющих в зависимости от рода раствора 50-70% от разрушающих. Появление таких трещин, хотя они еще и не являются разрушающими, не может быть допущено при сдаче здания в эксплуатацию. Дополнительный коэффициент запаса в строительстве должен устранить возможность появления таких трещин при нормальных условиях.

Хотя, как уже отмечалось, прочность кладки может дать большие отклонения в сторону понижения даже при отсутствии явных дефектов кладки, тем не менее это понижение с избытком покрывается установленным коэффициентом запаса 3 и не может само по себе вызвать появление трещин в кладке. Отсюда следует, что если появились в кладке трещины, значит, имели место нарушения правил нормального производства работ или ошибки в расчете или то и другое вместе взятое.

С повышением технического уровня выполнения каменных конструкций за счет главным образом упорядочения дела испытания кирпича и раствора и повышения качества кирпича коэффициент запаса будет снижен. Уже сейчас нормы проектирования каменных конструкций позволяют снизить коэффициент запаса до 2,5, если прочность кладки для данных материалов будет определена испытанием столбов размером 0,38 x 0,38 x 1,20 м.

Могут быть установлены также пониженные коэффициенты запаса на время производства работ (так называемые монтажные коэффициенты запаса). Для отдельных случаев работы каменных конструкций в сооружениях II класса и ниже установлены следующие коэффициенты запаса:

  • на прочность при сжатии, растяжении и изгибе k = 3;
  • на устойчивость при опрокидывании kу = 1,5;
  • на трение kт= 1,5.

В тех случаях, когда силы трения обеспечивают прочность и устойчивость сооружения, например когда они погашают распор от арок, коэффициент запаса на трение повышается до kт = 2. Примером, когда достаточен коэффициент запаса 1,5, может служить случай расчета подпорной стенки на смещение под действием горизонтального давления земли.

Для армокаменных конструкций коэффициент запаса принимается в зависимости от того, какой материал определяет разрушение конструкций. Различают следующие случаи:

  • Столбы с сетчатым армированием при центральном и внецентренном сжатии k = 3
  • Столбы с продольным армированием: а) при центральном сжатии k = 3; б) при внецентренном сжатии с разрушением в сжатой зоне k = 3; в) то же при разрушении в растянутой зоне k = 2,5.
  • Железокирпичные балки: а) при разрушении в растянутой зоне k = 2; б) при разрушении от скалывания кладки k = 3.

Для сооружений I класса все указанные выше коэффициенты запаса повышаются на 100%, что должно покрыть возможный некоторый износ материалов (ослабление от многократного замораживания, выветривания и т. п.) в течение длительного срока эксплуатации. Что касается сооружений III и IV классов, то нет оснований для снижения в них коэффициентов запаса, так как практика показала, что появление трещин в конструкциях обыкновенно происходит в первые годы эксплуатации здания, т. е. при одинаковых условиях для всех классов.

Для расчетов отдельных элементов в незаконченном здании в процессе производства работ коэффициенты запаса в строительстве могут быть снижены на 20%. В период, когда здание будет работать с пониженными монтажными коэффициентами запаса, оно будет находиться под наблюдением строительного персонала, который своевременно может принять соответствующие меры, если бы даже допущенные напряжения оказались на некоторое время чрезмерными.

К моменту сдачи здания в эксплуатацию должен быть обеспечен полный запас прочности, установленный нормами. В каменных конструкциях в отличие от других видов конструкций не устанавливается специальный пониженный коэффициент запаса на случай действия ветра, так как ветер является для стен основной нагрузкой. В тех случаях, где ветер дает незначительные дополнительные напряжения на сжатие (до 1 кг/см2), он не учитывается вовсе.

Коэффициент запаса прочности стропов

При выборе стропов для погрузочно-разгрузочных и такелажных работ необходимо определить усилие, которое под нагрузкой должна выдерживать каждая ветвь. Только правильный расчет обеспечит требуемую грузоподъемность всего стропа.

Каждый из видов стропов характеризуется определенным запасом прочности по отношению к разрывной нагрузке. Для его количественной оценки используется специальная величина — коэффициент запаса прочности стропа. Его необходимо учитывать, выбирая стропы, — это позволит предотвратить их повреждение или обрыв под динамической нагрузкой, величина которой может превысить статическую нагрузку в несколько раз. Причиной этого может стать обрыв одной строповочной ветви или же резкий подъем груза.

Помимо этого, длительная эксплуатация стропов приводит к накоплению усталости материала, из которого он изготовлен. Поэтому для безопасного использования оборудования необходимо знать и учитывать запас прочности стропов, что позволит своевременно обнаружить начало разрушения материала и прекратить эксплуатацию оборудования.

Запас прочности разных видов стропов

Коэффициентом запаса прочности стропа kзап показывает во сколько раз разрывное усилие стропа, указанное в его паспорте может превышать нагрузку на отдельную ветвь.

Для правильного выбора стропов необходимо выполнить расчет допускаемой нагрузки на его ветви. Расчет выполняется по формуле:

где: kзап — коэффициент запаса прочности;

S — нагрузка на ветвь стропа;

R — паспортная величина разрывного усилия стропа.

Производителем на бирке стропа указывается допускаемая грузоподъемность, но эта величина справедлива лишь для прямой строповки груза. Нагрузочная способность стропа зависит так же от схемы строповки. В таблице приведены значения коэффициента запаса прочности для различных видов стропов.

Коэффициент запаса
прочности, kзап

Канатные

6

Цепные

4

Текстильные

8

Важно! Недопустимо превышать величину грузоподъемности стропа, указанную на маркировочной бирке изделия, несмотря на расчетные данные, полученные с учетом коэффициента запаса прочности.

Коэффициент запаса прочности. Допускаемые напряжения. Расчеты на прочность при растяжении — сжатии

Рассмотрим, как можно применить данные о механических свойствах материалов в практических расчетах инженерных конструкций на прочность.

Известно, что конструкционные материалы можно условно разделить на три основные группы: пластичные, хрупкопластичные и хрупкие.

Механические испытания материалов позволяют определить те напряжения, при которых образец из данного материала теряет свою прочность: разрушается или в нем возникают заметные пластические деформации. Эти напряжения называют предельными или опасными.

В качестве предельных напряжений для указанных трех групп материалов при статическом нагружении принимают следующие механические характеристики:

  • -для пластичных материалов (их разрушению предшествует возникновение больших пластических деформаций) — физический ст или условный о0>2 предел текучести, практически одинаковый при растяжении и сжатии;
  • для хрупкопластичных материалов (их разрушение происходит при сравнительно небольших пластических деформациях) — условный предел текучести, значение которого при растяжении и сжатии различно: .

Прочность конструкции обеспечена, если возникающее в ней наибольшее напряжение не превышает допускаемого, т. е.

Неравенство (22) так же, как и (19) и (20), называют условием прочности.

Если расчетные напряжения незначительно превысят допускаемые, то это неопасно, так как допускаемое напряжение составляет лишь некоторую часть от предельного напряжения. Обычно считают, что это превышение может составлять до 5% от допускаемого напряжения. Иными словами, в отдельных случаях считают возможным иметь коэффициент запаса прочности несколько меньший, чем требуемый (заданный). Если расчетное напряжение значительно ниже допускаемого, это является свидетельством нерациональности конструкции, перерасхода материала.

В зависимости от цели расчета (постановки задачи) различают три вида расчетов на прочность:

  • — проверочный;
  • — проектировочный;
  • — определение допустимой нагрузки.

Рассмотрим несколько подробнее каждый из трех указанных видов расчета.

При проверочном расчете нагрузка стержня, его материал (включая допускаемое или предельное напряжение) и размеры известны. Определению подлежит наибольшее расчетное напряжение, которое сравнивают с допускаемым напряжением.

Расчетная формула, т. е. условие прочности при растяжении — сжатии, имеет вид:

где Umax — наибольшее по абсолютному значению нормальное напряжение в опасном сечении стержня; N — продольная сила в указанном сечении; А — площадь опасного поперечного сечения; [а] — допускаемое напряжение.

В ряде случаев при проверочном расчеге удобнее сопоставлять не расчетное напряжение с допускаемым напряжением, а сравнивать расчетный коэффициент запаса прочности для опасного сечения с требуемым (или нормативным), т. е. проверять, соблюдается ли неравенство

При проектном расчете нагрузки и материал (допускаемые напряжения) известны, тогда из формулы (23) определяют требуемую площадь сечения стержня А или размеры поперечного сечения:

В некоторых случаях проверочный расчет удобнее вести в форме определения допускаемой нагрузки:

В частности, это целесообразно при изменении режимов тех или иных технологических процессов, когда возникает необходимость в повышении нагрузок существующего оборудования и, следовательно, надо знать их предельно допускаемое по условию прочности значение. При этом размеры стержня и его материал (допускаемое напряжение) известны, определению подлежит нагрузка, которую можно допустить по условию прочности этого стержня.

Коэффициент запаса прочности трубы

Коэффициент запаса прочности трубы — очень важная и часто используемая величина. По ГОСТ ИСО 12162-2006: «Величина, со значением более единицы, которая учитывает условия эксплуатации труб и соединительных элементов, не вошедшие в определение MRS . Проще говоря, коэффициент запаса представляет собой множитель, который учитывается при расчете физико-механических свойств полипропиленовых труб и фитингов.

Коэффициент запаса прочности трубы

  • Какие величины запаса прочности в зависимости от материала?
  • Трубы с высоким коэффициентом запаса прочности
  • Где еще используется коэффициент запаса?
  • ГОСТы и сертификация
  • Вопросы, комментарии, отзывы

Какие величины запаса прочности в зависимости от материала?

Данная классификация применяется для всех труб из пластика, в том числе, водопровода, полива, фильтрации, отопления, транспортировки технических жидкостей и растворов. Коэффициент запаса прочности используется для расчетов величинами, не менее тех, которые указаны в таблице:

Материал Коэффициент запаса прочности (С)
PE 1.25
PE-X 1.25
PP-H 1.6
PP-B, PP-R 1.25
PB 1.25
PVC-U 1.6
PVC-U 1.6

При этом берутся только модели труб из термопластов, сопоставимых типоразмеров, а также в схожих условиях применения.

Как видно из таблицы, коэффициент запаса зависит от типа полимера, также на него может влиять рабочая температура транспортируемой жидкости, температура окружающей среды, дополнительные нагрузки в виде давления, вибрации, влияния магнитов и прочие факторы. Чем сложнее система, чем выше требования надежности, тем большее значение коэффициента запаса используется в расчетах. При проектировании трубопроводов используется следующая классификация:

  • Класс 1 – в него вошли РР-Н, РР-В, PP-R, PE-X, PB, PVC-C;
  • Класс 2 – РР-Н, РР-В, PP-R, PE-X, PB, PVC-C;
  • Класс 3 – PVC-C, РР-Н, РР-В, PP-R, PE-X, PB;
  • класс 4 – РР-Н, РР-В, PP-R, PE-X, PB;
  • класс 5 – РР-Н, РР-В, PP-R, PE-X, PB;
  • класс «ХВ» — для РЕ и PVC-U.

К примеру, для класса 2 принимается:

  • Рабочая температура – 70 °C;
  • Длительность при рабочей температуре (в годах) – 49;
  • Максимальная температура – 80 °C;
  • Длительность при максимальной температуре (в годах) – 1;
  • Температура аварии – 95 °C;
  • Время до аварии (часов) – 100.

При расчете аварийных величин, длительности эксплуатации учитываются коэффициенты запаса.

Величина коэффициента запаса может получаться путем расчетов, либо проведения экспериментов или испытаний. При проведении испытаний учитываются:

  • Получаемые величины напряжения и уровень деформации образцов (систем, участков трубопроводов);
  • Полученные величины максимальных нагрузок до разрушения образцов;
  • Получаемые расчеты для участков трубопроводов, отдельных элементов и систем.

Важно понимать, что коэффициент запаса принимается в зависимости от условий эксплуатации, назначения систем трубопровода, требуемых технических характеристик системы. Минимальные значения допустимых коэффициентов запаса должны обеспечить заданный уровень надежности и безаварийности, поэтому рассчитываются отдельно для каждого участка с разными условиями внешней среды, температуры транспортируемой жидкости и прочих параметров. Если требуемая надежность не обеспечивается, тогда либо уменьшаются рабочие характеристики, либо проектируется система с учетом условий эксплуатации (применяются другие системы трубопроводов, иные диаметры, специальные решения).

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *