Кіріспе
Құрылыс инженерлігінде жобалау әдісі. Шекті күйді жобалау (LSD), сондай-ақ Жүктеме және Кедергі Коэффициенті бойынша жобалау (LRFD) деп те аталады, – құрылыс инженерлігінде қолданылатын жобалау әдісі. Шекті күй – құрылыстың тиісті жобалау критерийлерін орындамай қалатын жағдайы. Бұл жағдай құрылысқа түсетін жүктемелердің немесе басқа да әсерлердің деңгейіне қатысты болуы мүмкін, ал критерийлер құрылымдық тұтастыққа, қолдануға жарамдылыққа, беріктікке немесе басқа да жобалау талаптарына қатысты болады. Шекті күйді жобалау (LSD) арқылы жобаланған құрылым, оның қызмет ету мерзімі ішінде болуы мүмкін барлық әрекеттерге төтеп беруге және әрбір шекті күй үшін тиісті сенімділік деңгейімен қолдануға жарамды болып қалуға лайықты мөлшерде есептеледі. Шекті күйді жобалауға (LSD) негізделген құрылыс нормалары өз ережелері арқылы сенімділіктің қажетті деңгейін анықтайды. Бұл әдіс КСРО-да профессор Н.С. Стрелецкий басқаруымен жүргізілген зерттеулердің нәтижесінде әзірленді және 1955 жылы КСРО құрылыс ережелеріне енгізілді.
Limit State Design (LSD), also known as Load And Resistance Factor Design (LRFD), refers to a design method used in structural engineering. A limit state is a condition of a structure beyond which it no longer fulfills the relevant design criteria. The condition may refer to a degree of loading or other actions on the structure, while the criteria refer to structural integrity, fitness for use, durability or other design requirements. A structure designed by LSD is proportioned to sustain all actions likely to occur during its design life, and to remain fit for use, with an appropriate level of reliability for each limit state. Building codes based on LSD implicitly define the appropriate levels of reliability by their prescriptions. The method of limit state design, developed in the USSR and based on research led by Professor N. S. Streletski, was introduced in USSR building regulations in 1955.
Критерийлер
Шекті күйді жобалау құрылыстың екі негізгі талапқа сай болуын қажет етеді: соңғы шекті күй (ULS) және пайдалану шекті күйі (SLS). Кез келген жобалау процесі бірнеше болжамдарға негізделген. Құрылыстың қабылдайтын жүктемелері бағаланып есептелуі керек, тексеруге жататын элементтердің мөлшері таңдалып, жобалау шарттары анықталуы тиіс. Барлық инженерлік жобалау шарттарының ортақ мақсаты – құрылыстың қауіпсіздігін және оның жұмыс істеу мүмкіндігін қамтамасыз ету.
Соңғы шекті күй (ULS)
Ақырғы жағдай (АҚЖ) мен соңғы шекті жағдай (АШЖ) арасында нақты айырма жасалады. Ақырғы жағдай – қарастырылып отырған элементтің немесе құрылымның толық құлауына алып келетін немесе жақындататын, немесе алдын ала келісілген шектен асып түсетін деформацияларды қамтитын физикалық жағдай. Бұл, әрине, құрылымдық схеманың маңызды икемді (пластикалық) қасиеттерін және қалдық деформацияларды қамтиды. Ал АШЖ физикалық жағдай емес, конструкциялық жүктемелер кезінде беріктік пен тұрақтылық талаптарына сәйкес келу үшін, басқа да қосымша критерийлермен қатар, орындалуы тиіс келісілген есептеу шарты. Құрылым соңғы шекті жағдай критерийін қанағаттандырды деп есептеледі, егер барлық факторланған иілу, қию және созу немесе қысым кернеулері қарастырылып отырған қима үшін есептелген факторланған кедергілерден төмен болса. Аталған факторланған кернеулер қимаға түсетін жүктемелерге Көбейткіш коэффициенттерді қолдану арқылы анықталады. Қиманың әртүрлі факторланған кедергілерін анықтау үшін Азайту коэффициенттері қолданылады. Шекті жағдай критерийлерін кернеу емес, жүктеме арқылы да белгілеуге болады: осы тәсілді қолдану арқылы талданатын құрылымдық элемент (яғни, арқалық, бағана немесе қабырғалар сияқты жүктеме көтеретін басқа да элементтер) "көбейткішпен есептелген" жүктемелер тиісті "азайтылған" кедергілерден кем болғанда қауіпсіз болып табылады. АШЖ жобалау критерийлеріне сәйкес келу, тиісті құрылымдық қауіпсіздікті қамтамасыз ету үшін (басқа қосымша талаптармен қатар) ең төменгі талап ретінде қарастырылады.
Қызметке жарамдылық шегі (SLS)
Жоғарыда аталған ULS тексеруден басқа, қызметтік шекті күйін (SLS) есептеу арқылы тексеру жүргізілуі тиіс. Қызметтік жарамдылық критерийін қанағаттандыру үшін құрылым, күнделікті (қалыпты) жүктемелер әсерінен өзінің көзделіген мақсатына сәйкес жұмыс істеуі керек, және осылайша, құрылым күнделікті жағдайларда пайдаланушыларға дискомфорт тудырмауы тиіс. ULS-тен айырмашылығы, SLS – физикалық жағдай емес, есептеу арқылы жүргізілетін тексеру. Мақсаты – сипаттамалық жобалық жүктемелердің (факторланбаған) әсерінен және/немесе белгілі бір (факторланбаған) деформациялардың, қысылулардың, дірілдердің немесе температура градиенттерінің және т.б. әсерінен құрылымның мінез-құлқы қолданыстағы тиісті стандартта белгіленген SLS жобалау критерийлеріне сәйкес келеді және олардан аспайтынын дәлелдеу. Бұл критерийлерге түрлі кернеу шектері, деформация шектері (қисайту, бұрылу және иілу), икемділік (немесе қатаңдық) шектері, динамикалық мінез-құлық шектері, сондай-ақ жарықтарды бақылау талаптары (жарық ені) және құрылымның беріктігіне, оның күнделікті пайдалану деңгейіне және адамның жайлылығына, сондай-ақ оның күнделікті функцияларын орындау қабілетіне қатысты басқа да шаралар кіреді. Құрылымдық емес мәселелерді ескере отырып, бұл сондай-ақ дыбыс өткізгіштігі мен жылу беруге қолданылатын шектеулерді де қамтуы мүмкін, бұл құрылымдық жобалауға әсер етуі мүмкін. Бұл есептеу тексеруі серпімді аймақтың төменгі жартысындағы нүктеде жүргізіледі, онда сипаттамалық (факторланбаған) әсерлер қолданылады және құрылымның мінез-құлқы толығымен серпімді болады.
Факторлардың дамуы
Жүктеме және кедергі факторлары статистикалық есептеулер мен алдын ала белгіленген қателік ықтималдығы арқылы анықталады. Құрылыстың сапасының өзгеруі мен құрылыс материалдарының тұрақтылығы ескеріледі. Әдетте, материалдың кедергіне бірлік коэффициенті (бір) немесе одан кем, ал жүктемелерге бірлік коэффициенті немесе одан жоғары қолданылады. Көп қолданылмайды, бірақ кейбір жағдайларда жүктемелердің жиынтығының ықтималдығы төмендегенде, фактор бірліктен кем болуы мүмкін. Бұл факторлар әртүрлі материалдар үшін, тіпті бір материалдың әртүрлі маркалары үшін де айтарлықтай өзгеше болуы мүмкін. Ағаш және кірпіш әдетте бетонға қарағанда кішірек факторларға ие, ал бетон болатқа қарағанда кішірек факторларға ие. Кедергіге қолданылатын факторлар мәндерді алудағы ғылыми сенімділіктің деңгейін ескереді, яғни нақты бұзу түрі бойынша зерттеулер жеткіліксіз болса, кішірек мәндер қолданылады. Жүктемелерге байланысты факторлар әдетте қолданылатын материалдың түріне тәуелді емес, бірақ құрылыс түріне әсер етуі мүмкін. Факторлардың нақты шамасын анықтағанда, анықталған жүктемелерге (мысалы, өлі жүктемелер, құрылымның және қабырғалар, еден және төбе жабындары сияқты тұрақты қосымшалар) сілкініс, жел немесе пайдалы (ішкі кеңістік) жүктемелерге (1.6) қарағанда төмен факторлар беріледі (мысалы, 1.4). Соққылық жүктемелерге олардың болжаусыз шамаларын және жүктеменің динамикалық сипатын, ал көптеген модельдердің статикалық сипатын ескере отырып, одан да жоғары факторлар беріледі (мысалы, 2.0). Бұл әр элементтің қателікке ұшырау ықтималдығы бірдей болуын қамтамасыз ететін, тұрақты құрылымды жасау мүмкіндігін береді, бірақ рұқсат етілген кернеу бойынша есептеуге қарағанда философиялық жағынан артық емес. Іс жүзінде бұл әдетте тиімді құрылымға әкеледі, сондықтан ЛСД практикалық инженерлік тұрғысынан артықшылыққа ие деп санауға болады.
Еуропадағы
Еуропада шекті күй бойынша есептеу жүйесі Еврокодтармен реттеледі.