Недоліки методу допустимих напружень

Недоліки методу допустимих напружень


В принципі, коефіцієнт запасу k повинен враховувати несприятливі фактори, що впливають на роботу конструкцій і не враховуються безпосередньо в теоретичних розрахунках. Тут можна назвати такі фактори, як:
• умови зведення і експлуатації конструкції;
• строк служби споруди;
• вид зусиль;
• характер навантажень і не взяті до уваги навантаження;
• неминуче коливання якості матеріалу;
• наближеність розрахунку.

Отже, можна сказати, що коефіцієнт запасу є узагальнюючим показником, що забезпечує безпеку конструкцій. Очевидно, таке навантаження на єдиний коефіцієнт є надмірним. Слід тут відмітити, що коефіцієнт запасу є основним і враховує лише загальні фактори і лише при статичному навантаженні. Врахування ж динамічності навантаження і різних додаткових факторів (концентрація напружень, змінність дії навантажень, поздовжній та позацентровий згин та ін.) здійснюється введенням додаткових коефіцієнтів, на які перемножується основний коефіцієнт.

Вже в середині ХХ сторіччя методика допустимих напружень серйозно стримувала розвиток будівельних конструкцій внаслідок цілої низки невизначеностей, з яких можна виділити наступне:
• у розрахунках приймалися навантаження, що відповідали нормальним умовам експлуатації, без урахування імовірності їхнього перевищення;
• не враховувалася можливість використання в конструкціях матеріалу з пониженими характеристиками у порівнянні із технічними умовами;
• припускалося, що дійсні умови роботи конструкції будуть відповідати ідеалізованим умовам, прийнятим у розрахунку;
• коефіцієнт запасу, який повинен був враховувати ці фактори, для всіх конструкцій із даного матеріалу залишався незміннім, незалежно від конкретних умов роботи конструкцій та степені їхньої відповідальності.

В результаті такого підходу різні конструкції мали різну надійність. На це ще у довоєнні роки вказував видатний радянський вчений-будівельник М.С. Стрілецький. Відомо, що власна вага конструкцій реально не може коливатися більше, ніж на 10 %. Тимчасові навантаження – сніг, вітер, вага людей і обладнання – в процесі експлуатації можуть варіюватися значно більше. Тому при різних співвідношеннях реальний запас міцності конструкцій суттєво відрізняється від теоретичного. При коефіцієнті запасу, рівному приблизно 2, і відношенні тимчасового і постійного навантаження 0,25:1,0 навіть трикратне зростання тимчасового навантаження дає тільки 40% збільшення сумарних напружень у порівнянні із нормативним значенням, що не створює загрози для конструкції. У той же час при величині цього відношення 4:1 вже двократний приріст тимчасового навантаження призводить до 80%-го перевантаження споруди, що при одночасному зниженні міцності матеріалу на 20 % проти норми може призвести до аварії. Аналогічну картину ми будемо мати в усіх випадках розрахунку споруд при наявності кількох незалежних силових впливів, кожний з яких може змінюватися в різній степені.

Крім того, робота конструкцій, зокрема сталевих, розглядалася лише у пружній стадії, без урахування пластичних властивостей матеріалу, що знижувало їхню економічність. Залишався також неясним і критерій розрахунку конструкцій: що буде, якщо буде порушена умова (1.1). Тому єдиний коефіцієнт запасу неприйнятний у тих випадках, коли небезпечний стан знаходиться далеко за межею пропорційності між напруженнями і зусиллями.
На певному етапі розвитку методів розрахунку конструкцій (на початку ХХ-го сторіччя) склалося обґрунтоване враження, що метод допустимих напружень не дає уявлення про істинний запас міцності, включає занадто великі коефіцієнти запасу і призводить до перевитрати цінних матеріалів, з яких виготовляється конструкція. Враховуючи це, за першу половину ХХ-го сторіччя допустимі напруження для сталі були підвищені приблизно вдвічі, для бетону – у півтора рази. Поки йшло підвищення допустимих напружень, не було вагомих аргументів для критики цього методу.

Однак по мірі уточнення розрахунків виявлялося, що у конструкціях існують зони, де напруження дорівнюють граничним і навіть їх перевищують, але конструкції не руйнуються, а безпечно експлуатуються. В якості приклада наведемо сталеві ферми, які зазвичай розраховуються як шарнірні системи, хоча насправді їхні вузли жорсткі. Врахування впливу жорсткості вузлів і дослідження розподілу напружень у фасонках показали, що сталеві ферми, що благополучно експлуатуються навіть при динамічних навантаженнях, мають зони у фасонках, де розрахунок виявляє напруження, що перевищують граничні. Один із найбільш разючих дослідів був виконаний також ще в 1908 р.: кінці сталевої балки були жорстко затиснені у бетонні масиви, і балка була завантажена рівномірним навантаженням. Знаючи проліт балки, її профіль та момент опору, було легко обчислити те рівномірне навантаження, при якому балка повинна була зруйнуватися. Досвід показав, одначе, що руйнування балки наступило при навантаженні, яке на 30…40 % перевищувало розрахункове.
1908 експеримент

Тому в окремих випадках розрахунок за допустимими напруженнями вказував на необхідність підсилення конструкцій, які благополучно існували на протязі багатьох років.

Все це послужило основою розробки нового методу розрахунку конструкцій за граничними станами, який був прийнятий в СРСР в 1955 р. із затвердженням основного керівного документа по проектуванню – «Строительных норм и правил» (СНиП). Для виконання робіт згідно нормативів рекомендовано використовувати монтажный инструмент найвищої якості, що прослужить довго то ефективно.

Метод допустимих напружень до сих пір використовується, зокрема, в машинобудуванні. Можна припустити, що це пов’язано з тим, що на відміну від будівельних конструкцій, конструкції машин експлуатуються у відносно стабільних, достатньо точно прогнозованих умовах, на протязі обмежених термінів часу. В цих умовах єдиний коефіцієнт запасу, певно, достатньо надійно покриває можливі несприятливі фактори експлуатації машин і механізмів.

1. Кліменко Ф.Є., Барабаш В.М., Стороженко Л.І. Металеві конструкції: Підручник. – 2-ге вид., випр. і доп. – Львів: світ, 2002. – 312 с.
2. Винников Ю.Л., Пічугін С.Ф., Довженко О.О., Дмитренко А.О., Вособійник П.П., Яковлєв А.В. Будівельні конструкції: Навчальний посібник. – Полтава: ПолтНТУ, 2011. – 378 с.
3. Металлические конструкции: Общий курс: Учеб. для вузов / Г.С. Ведеников, Е.И. Беленя, В.С. Игнатьева и др. – 7-е изд., перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1998. – 760 с.

Пічугін С.Ф. Методика граничних станів і нормування навантажень:
Коротка історія розвитку розрахунку конструкцій
Розрахунок конструкцій
Процедура розрахунку за допустимими напруженнями
Категория: Із будівництва | Добавил: admin (2014-10-10)
Просмотров: 844 | Теги: надійність, методика допустимих напружень, коефіцієнт запасу, СНиП | Рейтинг: 4.0/1
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
ДБНУ