Условность расчетных характеристик строительных материалов

Все расчеты строительных конструкций производятся по нормативным и расчетным характеристикам, регламентированным СНиП.

При определении расчетных нагрузок нормативные нагрузки умножают на коэффициенты надежности, установленные СНиП в пределах статистически возможных отклонений с учетом климатических условий, назначения и очертания объекта.

Нормативные величины сопротивления материалов корректируют коэффициентами надежности по материалам с учетом коэффициентов условий работы. Считается, что конструкция находится в предельном состоянии при достижении этих условных характеристик (напряжений, деформаций и т.д.), тогда как оценку состояний конструкции в натуре производят по действительным нагрузкам, прочности и деформациям. Отсюда возникает несоответствие расчетной схемы действительной работе конструкции, которое приводят к недоучету перегрузки конструкции или, наоборот, к «фиктивному» перегружению ее.

В классических курсах сопротивления материалов, строительной механики, теории упругости и строительных конструкций исходят из того, что все материалы действительно являются «абсолютно» плотными, сплошными, однородными и изотропными телами, тогда как в действительности конструкции выполняются из реальных материалов, свойства которых отличаются от идеализируемых.

В реальных материалах всегда имеются поверхностные и внутренние трещины, поры, неоднородности и другие дефекты. В результате наличия дефектов прочность материалов может оказаться меньше проектной. Особенно опасны поверхностные дефекты с острыми углами, на краях которых при действии на тело внешних сил возникает концентрация напряжений - образуется вторичное поле напряжений.

Разрушение начинается, когда напряжения в пиках концентрации напряжений приближаются к физической (теоретической или идеальной) прочности материала (формула 1.8):

R_тeор ≈ [ε_отн]· Е (1.8)

где: Е - модуль Юнга;

[ε_отн] - предельная относительная деформация.

Наличие дефектов в реальных условиях работы конструкций приводит к снижению прочности до уровня технической, которой пользуются в практике. Она в сотни и даже иногда тысячи раз меньше физической прочности. Например, прочность бетона на растяжение не превышает R_р,≤ 0.00015Е_σ, т.е. меньше R _тeор, по крайней мере, в 600 раз. Неправильный уход за материалом, например, за бетоном, может привести к увеличению трещиноватости и еще большему снижению прочности.

Значительное влияние на прочность материала оказывает также его анизотропность. Например, в древесине прочность вдоль и поперек волокон разная, и это учитывается в расчетах, а разница прочности бетона вдоль и поперек направления уплотнения при вибрировании, или в металле вдоль и поперек проката в расчетах не учитывают. Условность расчетных характе­ристик также вызывается неоднородностью работы составных сечений. В таких элементах всегда имеются несовершенства, возникающие в результате неточности изготовления деталей, дефектов в местах сопряжении, разно­родности применяемых материалов, недостаточных связей между элементами и т.д., которые приводят к внутренним сдвигам, искажающим схематическую картину распределения усилий, принятую по проекту. В этих случаях теоретические расчеты оказываются малоэффективными и для оценки отклонений от расчетных характеристик производят испытания в натурных условиях.