8.2.1 Модели воздействия
Полная модель воздействия должна описывать его свойства, такие как величина, положение, направление, продолжительность и т.д. В некоторых случаях необходимо учитывать, что различные свойства воздействия могут быть взаимосвязаны или зависеть от реакции сооружения.
Величина воздействия в общем виде может описываться выражением
, (3)
где - соответствующая функция;
- базовая переменная воздействия, которая часто изменяется во времени и пространстве (случайно или неслучайно) и в общем случае не зависит от конструкции;
- случайная или неслучайная переменная, которая может зависеть от свойств конструкции и преобразует к воздействию .
Например, переменная определяется:
- для собственного веса - размерами и плотностью массы;
- для снеговой нагрузки - весом снегового покрова;
- для ветровой нагрузки - скоростью ветра на базовой высоте 10 м над уровнем земли.
Переменная определяется:
- для снеговой нагрузки - коэффициентом, который преобразует вес снегового покрова к снеговой нагрузке на покрытие;
- для ветровой нагрузки - переменной в зависимости от соотношения скорости и давления.
Подробности модели воздействия, которая требуется для расчета, зависят от типа выполняемого расчета. При статическом расчете без учета зависящих от времени или кумулятивных эффектов обычно важны только максимальные и минимальные значения в течение некоторого периода повторяемости. Если необходимо учитывать сочетание нескольких временных воздействий, зависящих от времени, то потребуется более детальное рассмотрение.
Когда важно учесть динамическое поведение, может потребоваться более детальное описание процесса. Динамическая модель воздействия должна описывать изменение воздействия во времени достаточно подробным и точным способом, для того чтобы получить достаточно точные результаты расчетов. Воздействие может быть задано во временной или частотной области, как будет эффективнее. Неопределенности в хронологии воздействия можно представить неслучайной функцией времени, отобрав требуемое число случайных параметров, или как вероятностный процесс. Вероятностные процессы часто бывают кусочно-стационарными.
В некоторых случаях динамические воздействия могут зависеть от свойств материалов и жесткости сооружения, как, например, в случае столкновения. В таких случаях целесообразно установить обстоятельства (массы, начальные скорости) вместо того, чтобы принимать значение воздействия. Однако на основе анализа предельных значений (например, принимая конструкцию жесткой) можно привести эту задачу к определению эквивалентных статических воздействий.
Во многих случаях численные значения параметров воздействия не всегда возможно выбрать заранее таким способом, чтобы конечный результат получился с запасом. Поэтому, если параметры воздействия не могут быть определены с необходимой точностью, может потребоваться выполнение нескольких расчетов с различными предположениями относительно модели воздействия.
Если воздействие вызывает значительную усталость конструкции, то эффект воздействия (местное напряжение) необходимо описать посредством одной из следующих характеристик:
- полная хронология колебаний напряжения, часто в статистических терминах; или
- задание ряда циклов напряжений и соответствующего числа циклов.
Неопределенности, касающиеся значений этих воздействий, нужно рассматривать тем же способом, что и для других видов временных воздействий.
Примечание - Дополнительные подробности о моделях воздействий приведены в приложении F.
8.2.2 Модели, описывающие геометрические свойства сооружения
Сооружение в общем случае может быть представлено моделью, состоящей из одномерных элементов (балки, колонны, ванты, арки и т.д.), двумерных элементов (плиты, стенки, оболочки и т.д.) и трехмерных элементов.
Геометрические размеры, которые включаются в модель, в общем случае относятся к номинальным значениям, то есть значениям, данным в чертежах, описаниях и т.д. Обычно геометрические размеры действующей конструкции отличаются от их номинальных значений, то есть у конструкции есть геометрические несовершенства. Если работа конструкции чувствительна к таким несовершенствам, то они должны быть включены в модель.
Во многих случаях деформации конструкции вызывают существенные отклонения от номинальных значений геометрических размеров. Если такие деформации важны для работы конструкции, их приходится рассматривать в расчете принципиально тем же самым способом, что и несовершенства. Эффекты таких деформаций обычно обозначаются как геометрически нелинейные, или эффекты второго порядка.