Grensetilstandsmetoden

Grensetilstander er definerte tilstander der en konstruksjon eller et konstruksjonselement er på grensen til å være uegnet eller ikke tilfredsstiller de krav som settes.

Oftest brukes fire grensetilstander: bruksgrensetilstandene, bruddgrensetilstandene, utmattingsgrensetilstandene og ulykkesgrensetilstandene.

Noen velger å inkludere utmattingsgrensetilstandene sammen med bruksgrenstilstandene eller bruddgrensetilstandene, og ulykkesgrensetilstandene sammen med bruddgrensetilstandene.

Konstruksjoner og konstruksjonselementer skal kontrolleres i alle fire grensetilstandene, før en kan bekrefte at de er egnet for bruk.

Bruksgrensetilstand

Bruksgrensetilstand (engelsk: Serviceability Limit State (SLS)) betegner en grensetilstand for en konstruksjon eller et konstruksjonselement, som svarer til en bestemt grense for funksjonsdyktighet eller bestandighet som ikke skal overskrides ved normal og jevnlig bruk. Slike grenser er oftest fastlagt i sammenheng med faren for uakseptable forskyvinger, vibrasjoner, setninger, tøyninger, riss og liknende.

Bruddgrensetilstand

Bruddgrensetilstand (engelsk: Ultimate Limit State (ULS)) refererer til en grensetilstand som svarer til en definert kapasitet til hele konstruksjonen eller et konstruksjonselement. Denne kapasiteten er bestemt av faren for brudd eller av store uelastiske forskyvninger eller tøyninger som kan sammenlignes med brudd, fri avdrift, kantring eller synking.

Den nordiske komité for bygningsbestemmelser nevner som eksempler på en bruddgrensetilstand:

• Dannelse av en mekanisme,
• Materialbrudd (ved engangspåvirkning, utmatting eller plastisk deformasjon med vekslende fortegn)
• Innstabilitet (knekning, buling, folding eller velting)
• Ubegrenset glidning av hele konstruksjonen eller deler innbyrdes.

Utmattingsbrudd håndteres normalt i en egen grensetilstand, som kalles utmattingsgrensetilstand.

Bruddgrensetilstanden er normalt en kontroll mot flyting i enkeltelementer og ikke mot totalt sammenbrudd av konstruksjonen, selv om det i noen tilfeller kan være sammenfall mellom de to kontrollene.

Grensetilstanden dekker ikke grove feil.

Lastkombinasjoner og lastfaktorer

I bruddgrensekontroll skal de forskjellige lastene fastsettes som en karakteristisk last.

Laster klassifiseres gjerne som:

• permanente laster
• variable funksjonslaster
• naturlaster
• deformasjonslaster
• ulykkeslaster

De gitte lastene omfatter også reaksjonslastene.

Verdien av de karakteristiske lastene kan avhenge av om de virker:

• i midlertidige tilstander
• under normal bruk
• under unormal påvirkning
• i skadet tilstand

Nødvendige tiltak skal settes i verk for å sikre at permanente laster, variable funksjonslaster og deformasjonslaster ligger innenfor de verdiene som er forutsatt. Operasjonelle forutsetninger skal følges.

Eksempler på en karakteristiske laster er de lastene en får fra en hundreårsbølge eller femtiårsvind.

De dimensjonerende lastene bestemmes ved at de karakteristiske lastene multipliseres med lastfaktorer i to lastkombinasjoner som ofte betegnes som a og b. Og der lastfaktorene tas fra en standard for den aktuelle anvendelsen.

Materialstyrke og materialfaktorer

Den karakteristiske motstanden bestemmes statistisk etter anerkjente normer for materialprøving og prosjektering, eller er en spesifisert verdi. For geotekniske analyser bestemmes den karakteristiske motstanden slik at sannsynligheten er liten for at mer ugunstig materiale skal forekomme i et større omfang, i den situasjonen som parametrene anvendes for.

Dersom materialenes egenskaper endres med tiden for eksempel ved nedbrytning eller langtidsvirkninger skal det tas hensyn til.

I tilfeller der høy motstand er ugunstig for konstruksjonen, bestemmes den karakteristiske motstanden slik at sannsynligheten for brudd blir lav. Denne sannsynligheten skal oftest være av samme størrelse som sannsynligheten for underskridelse. I slike tilfeller settes materialkoeffisienten til 1,0 når en beregner lasten.

For bruddgrensetilstanden bestemmes den karakteristiske motstanden statistisk for stål– og aluminiumskonstruksjoner som et 5 %–fraktil. For betongkonstruksjoner knyttes motstanden til referansefasthet, og for jord relateres motstanden til karakteristisk styrke.

Den karakteristiske motstanden eller styrken divideres med en sikkerhetsfaktor som kalles materialfaktor. Den faktoren er avhengig av det materialet som brukes. Dersom det er nødvendig, skal sikkerhetsnivået justeres til ønsket verdi gjennom bruk av koeffisienter. Koeffisientene skal ta hensyn til forhold som avviker fra de forholdene som bestemte materialkoeffisientene i standarden.

Kontroll

En skal til slutt kontrollere at dimensjonerende styrke er større enn dimensjonerende last. Dersom dimensjonerende styrke er større enn dimensjonerende last, anses konstruksjonen egnet for bruk i bruddgrensetilstanden. Tilsvarende kontroller skal også gjøres i de andre grensetilstandene.

Utmattingsgrensetilstand

Utmattingsgrensetilstanden (engelsk: Fatigue Limit State (FLS)) er fastlagt ut fra faren for brudd som følge av gjentatte laster.

Denne grensetilstanden er oftest knyttet til utmatting, men også slitasje og poretrykksoppbygging i jord eller betong kan behandles i denne grensetilstanden.

Se også

• Eurokode

Kildehenvisning

• Den nordiske komité for bygningsbestemmelser: Retningslinier for last- og sikkerhedsbestemmelser for bærende konstruktioner, NKB-skrift nr. 35, november 1978.
• Den nordiske komité for bygningsbestemmelser: Retningslinjer for last- og sikkerhetsbestemmelser for bærende konstruksjoner, NKB-skrift nr. 55, juni 1987.
• Oljedirektoratet: Forskrift om bærende konstruksjoner, Stavanger, 1992.