Предельное состояние – это состояние конструкции (сооружения), при котором она перестаёт удовлетворять эксплуатационным требованиям, то есть либо теряет способность сопротивляться внешним воздействиям, либо получает недопустимую деформацию или местное повреждение.

Различают следующие виды предельных состояний: вязкое, усталостное или кратковременное хрупкое разрушение элемента или всей конструкции; предельная пластическая деформация металлоконструкции, обусловленная прогибом или нарушением устойчивости несущих элементов, образованием «пластических шарниров» или явлениями ползучести, определяющая необходимость прекращения ее эксплуатации; разгерметизация или течь конструкции.

Определяющими параметрами, приводящими к перечисленным видам предельных состояний, являются напряженно-деформированное состояние элементов конструкции, механические свойства конструкционных материалов, степень поражения коррозией, количество и размеры повреждений и дефектов.

Расчет оснований производится по 2-м предельным состояниям:

- первая группа — по несущей способности. При расчете по этой группе предельных состояний должны быть исключены все возможные формы разрушений, которые могут произойти в результате потери прочности или устойчивости под действием силовых факторов, обуславливаемых в основном действующими нагрузками или в результате неблагоприятных (агрессивных) воздействий внешней среды.

- вторая группа — по деформациям. При расчетах по данной группе предельных состояний должны быть исключены факторы, затрудняющие нормальную эксплуатацию зданий и сооружений, вызываемых чрезмерными осадками, прогибами, выгибами, кренами, углами поворота, развитием трещин, а также амплитудами колебаний при динамических воздействиях.

Расчет оснований по несущей способности производится в случаях, если:

- на основание передаются значительные горизонтальные нагрузки,

- фундамент расположен на откосе,

- основание сложено слабыми водонасыщенными глинистыми и заторфованными грунтами,

- основание сложено скальными грунтами.

Расчет оснований по несущей способности производится исходя из условия:

где F – расчетная нагрузка на основание, кПа;

F_v – несущая способность основания, кПа;

– коэффициент надежности;

– коэффициент условий работы.

    Расчет оснований по деформациям производится во всех случаях.

расчет оснований по деформациям производится исходя из условия:

S < S_пред,      S_отн <= S_{отн.пред.}

где S – величина совместной деформации основания и здания, определяемая расчетом, см;

S_пред – предельно-допустимая величина совместной деформации основания и здания.

Виды деформации фундаментов:

1) абсолютная осадка S, см;

2) относительная осадка S/L

где S – разность осадок двух фундаментов, см;

L – расстояние между этими фундаментами, см;

3) относительный прогиб или выгиб f;

4) крен фундамента tg .

Виды предельных состояний.

В зависимости от действующего механизма деградационного процесса выделяют следующие основные виды предельных состояний:

Кратковременное вязкое разрушение или пластическая деформация по всему сечению элемента конструкции. Вязкое разрушение происходит обычно после значительной пластической деформации. Его главными особенностями являются медленное развитие трещин и высокая энергоемкость, обусловленная необходимостью затраты значительной работы пластической деформации у вершины трещины. Поэтому вязкое разрушение – наименее опасный вид разрушения и ему уделяют не так много внимания, как хрупкому.

Хрупкое разрушение элемента или всей конструкции. Хрупкое разрушение происходит в отсутствие заметных деформаций путем быстрого распространения трещины.

Потеря устойчивости элемента или всей конструкции. Переход устойчивого сооружения в неустойчивое состояние называется потерей устойчивости. Граница перехода в неустойчивое состояние называется критическим состоянием. Сила, приводящая сооружение в критическое состояние, называется критической силой.

Устойчивость положения – это способность сооружения сохранять первоначальное положение. Устойчивость конструкции зависит от соотношения опрокидывающего и удерживающего моментов:

1) Мопр<Муд – система устойчива;

2) Мопр>Муд – система неустойчива;

3) Мопр=Муд – система безразлична.

Устойчивость формы – способность сооружения сохранять первоначальную форму.

Если P<P_кр конструкция вернется в исходное положение – система устойчива.

Если P>P_кр стержень в исходное состояние не вернется – система неустойчива.

Если P=P_кр, система остается в безразличном состоянии.

Усталостное разрушение элемента конструкции. Причиной усталостного разрушения является многократное нагружение. При этом на усталостное разрушение основное влияние оказывает не величина нагрузки, которая может быть значительно ниже номинальной, а характер цикла нагружения (знакопостоянный, знакопеременный, симметричный, асимметричный) и частота приложения нагрузки.

Предельная деформация и перемещение, определяющие необходимость прекращения эксплуатации конструкции (прогибы, углы поворота, углы перекоса)

Определяющими параметрами, приводящими к перечисленным видам предельных состояний, являются напряженно-деформированное состояние элементов конструкции, механические свойства конструкционных материалов, степень поражения коррозией, количество и размеры повреждений и дефектов.

В зависимости от характера развития неравномерных осадок и от жесткости сооружения возникают деформации и перемещения следующих видов: прогиб, выгиб, перекос, крен, скручивание, горизонтальные перемещения фундаментов.

Прогиб и выгиб связаны с искривлением сооружения. Такие деформации могут возникать в зданиях и сооружениях, не обладающих большой жесткостью. Иногда на одних участках возникает прогиб, на других – выгиб. При прогибе наиболее опасная зона растяжения находится в нижней части сооружения, при выгибе – в верхней.

Перекос возникает в конструкциях, когда резкая неравномерность осадок проявляется на участке небольшой протяженности при сохранении относительно вертикального положения конструкции.

Крен сооружения возможен, если основание сооружения загружено несимметрично или имеет несимметричное напластование грунтов. Наибольшую опасность представляет крен высоких сооружений (дымовых труб, водонапорных башен). В этом случае он приводит к развитию дополнительного момента, который способствует увеличению крена и потере устойчивости сооружений на опрокидывание.

Скручивание возникает при неодинаковом крене сооружения по его длине, особенно при развитии крена в разные стороны. При этом виде деформаций дополнительные усилия развиваются не только в элементах стен, но и в конструкциях перекрытий, которые могут изгибаться в горизонтальном направлении.

Горизонтальные перемещения фундаментов возможны, если опирающиеся на них конструкции передают значительные горизонтальные усилия (распорные конструкции, подпорные стенки)