Metode de analiză globală a structurilor

O constructie trebuie sa intruneasca un anumit numar de exigente, in principal cele care definesc rezistenta mecanica si deformatiile structurii, la care se cumuleaza si alte exigente impuse de criterii de comfort.

Se poate spune ca din punctul de vedere al proiectantului aceasta trebuie conceputa astfel incat:

- cu o probabilitate acceptabila isi va pastra functionalitatea impusa pe toata perioada vietii sale de serviciu si se va mentine in limitele de cost prevazute;

- va fi capabila sa sustina toate solicitarile directe si indirecte care pot apare pe perioada sa de executie si de utilizare si va avea durabilitatea adecvata costurilor de intretinere;

In particular, o structura va fi astfel conceputa incat sa nu poata fi substantial afectata de evenimente precum exploziile, impacturi de natura diversa sau consecinte ale erorilor umane.

In ultimele decenii, maniera de a considera conceptul de securitate in cadrul normelor si reglementarilor s-a modificat substantial datorita evolutiei cunoasterii stiintifice. In plus, in prezent se identifica doua probleme majore:

a) armonizarea reglementarilor europene de constructii si adaptarea lor la evolutia impusa de conditiile economice si stiintifice;

b) integrarea caietelor de sarcini moderne intr-un regulament cu caracter general in concordanta cu specificul normelor nationale.

Din 1979 s-a inceput elaborarea pachetului de norme numit EUROCODE (1 10). Acest pachet contine un numar de reguli de conceptie si de dimensionare ce vor putea fi adoptate in interiorul comunitatii Europene ca o alternativa la relementarile nationale corespunzatoare ce trateaza aceleasi subiecte tehnice. In mod particular, EUROCODE 1 abordeaza conceptia fundamentala de la care s-a plecat la elaborarea principiilor de securitate pe care se bazeaza celelalte euronorme.

1.1 Puncte de vedere privind conceptul de siguranta

Desi bazate pe teorii stiintifice, conceptele privind siguranta in constructii sunt extrem de diverse, si chiar uneori contrarii. Exista cateva motivatii:

i. Tipurile de constructii, materialele utilizate si actiunile principale precum si maniera in care sunt combinate sunt variate de la tara la tara;

ii. Determinarile privind siguranta pot fi scrise intr-un limbaj curent abordat de inginer sau pot fi utilizate unelte matematice mai mult sau mai putin sofisticate care tin de teria probabilitatilor;

iii. Verificarile limitelor de siguranta se pot referi la elemente structurale sau chiar la structuri complete; in primul caz, exista doar cateva variabile aleatoare insa in al doilea caz, exista uneori chiar si cateva sute ;

iv. Abordarile conceptului de siguranta pot avea un caracter metodologic general sau se pot referi la anumite probleme specifice. Deasemenea, lucrarile stiintifice din cadrul mediului academic nu se refera la aplicatii strict imediate, in timp ce anumite publicatii doresc sa rezolve probleme concrete din proiectare;

v. Anumite tipuri de structuri foarte frecvente, in proiectarea carora experienta este considerabila, se caracterizeaza printr-o anumita abordare a coeficientilor de siguranta; alte structuri, mai putin utilizate sau chiar de tip nou (de ex. platforme marine, cuvele reactoarelor nucleare, etc.) sunt abordate cu totul diferit in ceea ce priveste acesti coeficienti.

1.2 Modele de calcul si trecerea de la nivelul actiunilor la nivelul solicitarilor

Modelele moderne de calcul se orienteaza in principiu pe doua faze distincte:

I. Stabilirea metodei de calcul structural si principalele criterii ale starilor limita pe care trebuie sa le satisfaca aceasta;

II. Principalele modele de calcul pot fi utilizate pentru calculul solicitarilor plecand de la actiuni.

1.3 Analiza procesului clasic de calcul structural

Pentru aceasta exista intotdeauna o abordare logica care consta in:

- Substituirea unei structuri foarte complexe din realitate cu modele posibil de abordat prin calcul;

- Definirea diferitelor actiuni ce se aplica structurii si a modului lor de reprezentare;

- Analizarea fenomenelor ce trebuie evitate si definirea starilor limita;

- Adoptarea unui model de calcul reprezentativ a comportamentului structurii; modelul de calcul fiind unealta matematica care permite trecerea de la cunoasterea actiunilor la determinarea solicitarilor;

- Controlul starilor de solicitare astfel incat acestea sa se gaseasca fata de starile limita de rezistenta cu o marja de siguranta suficienta gradului de asigurare.

Se poate spune ca fundamentul compromisului dintre siguranta si economie se bazeaza pe alegerea optimizata pe baza a doua concepte:

- Analiza amanuntita a comportarii si determinarea mai precisa a rezistentei unei structuri;

- Cunoasterea mai buna a actiunilor de pe structura.

Regulamentele de calcul sunt proprii fiecarui material si definesc in principal:

a) Domeniile de valabilitate ce precizeaza metoda de verificare a sigurantei unei structuri;

b) Calitatea si caracteristicile materialelor;

c) Principiile si regulile de siguranta in proiectare (combinatii de actiuni, afectarea cu coeficienti ai actiunilor sau ai rezistentelor);

d) Modelele de calcul pe care se bazeaza determinarea solicitarilor;

e).Starile limita si criteriile asociate la acestea.

Caietele de sarcini precizeaza numai modelarea si definirea magnitudinii valorilor caracteristice ale actiunilor luate in calcul ele fiind comune tuturor materialelor.

Evident, exista o interactiune foarte restransa din punct de vedere al sigurantei intre reglementarile de calcul si caietele de sarcini.

2.Starile limita in raport cu conceptia de proiectare a structurilor

Starile limita in raport cu conceptia de proiectare a structurilor

2.1 Starile limita ultime

Structura atinge o anumita stare limita ultima atunci cand cel putin unul dintre criteriile de mai jos sunt satisfacute:

- Pierderea echilibrului static;

- Atingerea intr-un punct pe structura a limitei de elasticitate sau a conditiilor sau criteriilor de plasticitate (aceasta stare limita fiind pur conventionala: limita de elasticitate la structurile din otel este depasita in puncte localizate, de ex. in zonele de tensiuni reziduale, in concentratori de tensiuni, etc.);

- Formarea unui mecanism de cedare (un numar de articulatii plastice care sa transforme structura intr-un mecanism de cedare);

- Deformatie prea importanta si conditie de deformabilitate inaccceptabila a structurii; (est criteriu nu poate fi considerat independent de criteriul urmator);

- Instabilitatea formei (flambaj individual si/sau flambaj generalizat, pierderea stabilitatii laterale, a stabilitatii locale).

- Cedarea progresiva sub incarcari repetate (shakedown) insotita cu fenomenul de adaptare pe structura;

- Ruperea fragila si/sau ductila;

- Oboseala sau fisurarea progresiva (fenomen care face referire la notiunea de acumulare a distrugerilor.

2.2 Starile limita de exploatare

O structura atinge starile limita de exploatare atunci cand ea nu mai este apta sa isi indeplineasca functia pentru care a fost conceputa datorita excedarii limitelor de deformatie si confort uman sau in anumite cazuri, a frecventelor de vibratie sau a amplitudinii acceleratiei raspunsului cladirilor la solicitari dinamice.

Verificarile constau in gneral in studiul atingerii eventuale a unei stari limita pe baza urmatoarelor calcule:

1. Se calculeaza solicitarile obtinute plecand de la cunoasterea actiunilor ce se aplica pe structura;

2. Se verifica daca solicitarile sunt cu mult mai mici decat capacitatile portante corespunzatoare starilor limita particulare enuntate anterior.

Aceasta verificare se exprima printr-o serie de inegalitati care insereaza conditiile de siguranta raportate la starile limita :