Actiuni in constructii si siguranta constructiilor
Actiuni in constructii
2.1.1. Definirea actiunilor
Prin actiune se intelege orice cauza capabila de a genera stari de solicitare mecanica intr-o constructie.
Actiunile se pot exercita direct asupra elementelor structurale (greutatea proprie a elementelor de constructie, a utilajelor, actiunea vantului etc.), sau indirect sub forma unor deplasari sau deformatii impuse (deplasari de reazeme, deformatii date de variatiile termice sau deplasari dinamice ale terenului in cazul cutremurelor de pamant).
Cauzele cu actiune directa asupra elementelor de constructie si actiunile seismice reprezinta incarcari ce pot fi reprezentate sub forma de forte (distribuite dupa anumite legi sau concentrate) si momente .
Deplasarile de reazeme si fundatii, precum si cele cauzate de variatiile de temperatura nu 717g65h sunt actiuni sub forma de forte sau momente, insa ele genereaza stari de solicitare mecanica in constructii intocmai ca si actiunile directe.
2.1.2. Eforturi, solicitari mecanice si deformatii
Eforturile sunt forte sau momente ce apar in elementele de constructie. Actiunile sunt cauze, iar eforturile sunt efecte ale acestor cauze.
Eforturile pot fi axiale (intindere sau compresiune), forte taietoare, momente incovoietoare si momente de torsiune.
Fiecare efort se caracterizeaza prin starile de solicitare mecanica pe care le produc, astfel:
intinderea axiala produce solicitarea de intindere ;
compresiunea axiala produce solicitarea de compresiune ;
forta taietoare produce solicitarea de forfecare ;
momentul incovoietor produce solicitarea de incovoiere ;
momentul de torsiune produce solicitarea de torsiune sau rasucire .
In general, ca efect al actiunilor, in elementele structurale se produc solicitari compuse (intindere cu incovoiere, incovoiere cu forfecare, compresiune cu incovoiere sau compresiune excentrica etc.).
Eforturile dintr-un element de constructie pot fi actiuni pentru alt element. Astfel, eforturile de la baza unui stalp sunt actiuni pentru fundatia stalpului respectiv.
Eforturile din elemente (forte sau momente) actioneaza pe intreaga sectiune a elementului, fapt pentru care se mai numesc si eforturi sectionale, pentru a le deosebi de eforturile unitare (sau tensiuni), care sunt eforturi ce actioneaza pe unitatea de suprafata a sctiunii. In timp ce eforturile sectionate sunt de cinci tipuri, eforturile unitare sunt de doua feluri: normale ( σ ) si tangentiale ( τ ). Eforturile unitare normale sunt produse de solicitari axiale (intindere si compresiune) si de incovoiere, iar eforturile unitare tangentiale suunt produse de forfecare si torsiune. Marimea eforturilor unitare depinde de marimea eforturilor sectionale si de caracteristicile sectiunii transversale (marime si forma).
Fiecare solicitare produce o stare de deformatii in elementele solicitate. Astfel solicitarile axiale produc deformatii axiale ( de intindere sau compresiune); incovoierea produce sageti, forfecarea produce lunecari si torsiunea produce rasucire.
Un element sau o structura se caracterizeaza prin rigiditate. Cu cat rigiditatea este mai mare, cu atat deformatiile (Δl, sagetile sau rasucirea) sunt mai mici.
Rigiditatea depinde de caracteristicile elementelor (sectiune, lungime, material) sau ale structurii (caracteristicile elementelor si ale imbinarilor) si de modul de actiune al incarcarilor.
2.1.3. Clasificarea actiunilor
Actiunile se pot clasifica dupa mai multe criterii (de exemplu dupa cauza, intensivitate, durata de actiune etc.). Dintre criteriile posibile de clasificare se utilizeaza cel al frecventei actiunilor. Conform acestui criteriu se disting : actiuni permanente ( P ), actiuni temporare ( T ) si actiuni exceptionale ( E ).
a) actiunile permanente ( P ) se aplica in mod continuu cu o intensitate practic constanta in raport cu timpul pe intreaga durata de existenta a unei constructii.
Ca actiuni permanente avem :
greutatea proprie a elementelor de constructie ;
greutatea si impingerea pamantului si umpluturilor ;
forta de precomprimare .
b) actiunile temporare ( T ) variaza sensibil in raport cu timpul, unele din ele lipsind total in anumite intervale de timp.
Actiunile temporare pot fi, la randul lor, cvasipermanente ( C ) si variabile (V) . Actiunile cvasipermanente sunt asemanatoare celor permanente, aplicandu-se cu intensitati constante pe durate lungi de timp, iar cele variabile viaza sensibil in raport cu timpul sau pot lipsi total pe intervale lungi de timp.
In categoria actiunilor cvasipermanente intra greutatea unor elemente de constructie a caror pozitie se poate modifica in decursul timpului ( de exemplu : greutatea peretilor nestructurali de compartimentare), greutatea utilajelor in constructii industriale, greutatea si presiunea lichidelor sau gazelor din rezervoare sau bazine, incarcarile din depozite de marfuri sau biblioteci, variatiile de temperatura tehnologica, greutatea depunerilor de praf industrial, cedarile de reazeme etc.
In categoria actiunilor variabile intra incarcarile ce decurg din specificul proceselor functionale sau tehnologice (incarcari utile) care actioneaza pe plansee in cazul constructiilor etajate, pe terase, pe tribunele stadioanelor, pe scari, balcoane, coridoare erc., precum si actiunile climatice (vant, zapada, chiciura, variatii ale temperaturii exterioare).
c) incarcarile exceptionale ( E ) apar foare rar, eventual niciodata in viata unor constructii, pe durate scurte de timp, insa cu intesitati semnificative. In aceasta categorie intra incarcarea seismica, incarcarile datorate unor explozii, ciocnirii autovehicolelor cu elemente de constructie, incarcarile rezultate prin ruperea unor elemente de constructie, incarcari produse de inundatii etc.
2.1.4. Gruparea actiunilor
Pentru orice constructie o importanta deosebita o reprezinta cunoasterea incarcarilor (ca tip si marime) ce pot actiona simultan asupra constructiei. Pe baza de date reale se stabilesc care sunt incarcarile ce actioneaza simultan asupra unei constructii si care sunt valorile acestor incarcari, astfel incat sa se realizeze siguranta necesara in conditii economice, fara supradimensionari si risipa de material. Pe baza acestor considerente, in calculul structurilor se considera doua categorii de grupari ale incarcarilor: fundamentale si speciale .
a) In gruparile fundamentale se considera ca actioneaza simultan incarcarile datorate actiunilor permanente ( P ), cvasipermanente ( C ) si a unor actiuni variabile ( V ) a caror prezenta simultana este practic posibila.
TABEL CU GRUPAREA ACTIUNILOR ( PLANSA ) .
In tabel se prezinta gruparea actiunilor data de prescriptiile oficiale.
Notatiile folosite sunt explicitate pe plansa anexa.
b) In gruparile speciale se considera ca actioneaza simultan asupra constructiei incarcarile permanente, cvasipermanente si variabile a caror prezenta simultana este posibila, plus o actiune exceptionala ( de exemplu actiunea seismica)
Siguranta constructiilor si metode de calcul
2.2.1. Siguranta constructiilor
Siguranta constructiilor la toate tipurile de actiuni este o conditie primordiala si indispensabila. Tinand seama de necesitatea optimizarii constructiilor, se aleg variante de structuri, elemente si tehnologii de executie care sa permita realizarea spatiului construit in conformitate cu destinatia constructiei, cat mai ieftin si cu consumuri cat mai reduse de materiale. Dar in acelasi timp, se urmareste realizarea sigurantei necesare care sa permita exploatarea normala a cladirilor, iar in cazul aparitiei unor actiuni deosebite ( de exemplu cutremure de mare intensitate), constructia sa reziste fara sa se prabuseasca.
Siguranta constructiilor se asigura in etapa de proiectare prin incarcarile considerate si prin metoda de calcul utilizata in proiectarea si verificarea sectiunilor elementelor.
2.2.2. Metode de calcul
Spre deosebire de metodele staticii constructiilor utilizate la calculul eforturilor sectionale ( N, M, T) in elemente structurale, metodele de calcul sunt metode de proiectare a elementelor (stabilirea dimensiunilor sectiunilor, a cantitatii de armatura, capacitatii portante etc.), care includ siguranta necesara in relatiile utilizate.
Pentru proiectarea si verificarea elementelor de constructiei exista trei metode de calcul :
metoda rezistentelor admisibile
metoda la rupere
metoda starilor limita
Primele doua sunt metode deterministe care nu au o justificare stiintifica. Valorile coeficientilor de siguranta sunt stabilite pe baza de experienta pentru a acoperi, in mod simplist, variabilitatea factorilor principali ai sigurantei: incarcari, rezistente, conditii de lucru etc. ca si abaterile de executie. Factorii principali ai sigurantei intervin cu valori determinate, considerate ca marimi certe, nu ca marimi aleatoare.
Metoda de calcul la stari limita este o metoda semiproblistica, superioara metodelor deterministe, bazata concomitent pe conceptii probaliste si deterministe.
Calculul static
Calculul static are ca scop determinarea eforturilor sectionale ( M - moment incovoietor, N - efort axial de intindere sau compresiune, T - forta taietoare, Mt - moment de torsiune) in elementele structurale, pe baza incarcarilor stabilite in prealabil.
Calculul static se face prin metrodele staticii constructiilor ( metoda fortei , metoda deplasarilor , metoda combinata ) si este relativ simplu la elemente static determinate ( la care numarul de necunoscute este egal cu numarul ecuatiilor de echilibru static), insa devine laborios la elemnte si structuri static nedeterminate (la care numarul de necunoscute este mai mare decat numarul ecuatiilor de echilibru static) .
ANEXA LA CAPITOLUL 2.
2.2.2.1. Metoda starilor limita
In metoda starilor limita se considera ca o structura sau un element structural inceteaza sa-si indeplineasca functiunea pentru care o fost proiectat cand se atinge o anumita stare limita, care reprezinta o stare a carei atingere implica pierderea capacitatii unei constructii de a satisface conditiile normale de exploatare. Metoda starilor limita estre metoda de calcul oficiala.
Starile limita ultime corespund situatiei de epuizare a capacitatii portante. In functie de modul predominant de solicitare al elementelor, sunt stari limite ultime (de rupere) pentru intindere, compresiune, incovoiere, forfecare si torsiune.
Sunt situatii cand elementele structurale nu au atins starile limita ultime si totusi isi pierd capacitatea de exploatare normala prin atingerea starilor de deformatii, de fisurare, de oboseala, de uzura etc.
In metoda starilor limita se folosesc incarcari de calcul si rezistente de calcul .
Incarcarile de calcul se obtin prin inmultirea incarcarilor normate cu coeficientii de spraincarcare ( n ), care se mai numesc coeficientii incarcarilor si au valori supraunitare.
Rezistentele de calcul se obtin prin inmultirea rezistentelor normate cu coeficientii de omogenitate ( k ). Acestia sunt subunitari si tin seama de posibilitatea realizarii unor materiale cu rezistente mai mici decat cele prevazute ( de exemplu k ≈ 0,85 pentru otel, k ≈ 0,5 pentru beton si zidarie).
Totodata, in metoda scarilor limita se utilizeaza coeficientii conditiilor de lucru ai materialului ( mm) si ai elementului ( me ), intrucat un material se poate comporta diferit in conditii de mediu diferite, respectiv intr-o piesa compusa din mai multe elemente, elementele componente nefiind solicitate de eforturi unitare identice datorita imperfectiunilor de executie (cum este cazul unui cablu compus din sarme).
|
