Надежность и аварийность стальных конструкций

Стальные конструкции проектируют с определенным запасом прочности, который зависит от типа конструкции или метода расчета. Правильное определение коэффициента запаса прочности является важным как в техническом, так и в экономическом отношении. В настоящее время существуют несколько методов расчета стальных конструкций на прочность:

- по допускаемым напряжениям;

- по максимальной несущей способности;

- по предельным напряжениям;

- по предельным состояниям.

Выбор метода расчета определяется в зависимости от нагрузки на конструкцию и от того в какой области деформации работает материал во время эксплуатации – в зоне упругости или в пределе текучести. Исследования показывают, что не существует абсолютно надежных металлических конструкций, так как надежность определяется вероятностью того, что аварийная ситуация не произойдет только в определенных технико-эксплуатационных условиях. Вероятность возникновения аварии зависит от нарушения прочности одного из конструктивных элементов, несмотря на то что конструкции могут быть спроектированы с помощью одинаковых методов.

Причины аварий металлических конструкций принято разделять на четыре группы:

- ошибки проектирования;

- применение несоответствующих материалов;

- ошибки монтажа;

- ошибки при эксплуатации.

Одна из перечисленных причин редко вызывает аварийную ситуацию. Обычно аварии происходят при совпадении двух и более причин. Именно сочетание сразу нескольких факторов приводит к исчерпанию запаса прочности элементов конструкции.

Следует отметить, что механизм разрушения стальных строительных конструкций отличается от разрушения сооружений из других материалов. Это объясняется свойствами сталей, которые одновременно обладают высокой прочностью на растяжение и сжатие, а также хорошей пластичностью.

Аварии строительных металлоконструкций несут угрозу жизни и здоровью людей, а также приводят к значительным материальным потерям. Однако каждая авария позволяет получить фактический материал для изучения прочностных характеристик конструкций в целом и ее отдельных элементов. Данный опыт применялся и давал толчок в развитии научных направлений в области конструирования и проектирования. Например, теория устойчивости получила свое развитие после первых катастроф стержневых конструкций. Ряд аварий мостов в первой половине двадцатого века положил начало исследованиям, направленным на изучение структурных изменений и распределения напряжений в сварных соединениях. Исследования в области хрупкого разрушения конструкционных сталей стало следствием аварий резервуаров для хранения нефтепродуктов.

Анализ аварий имеет большое значение для развития метода расчета, основанного на предельном состоянии конструкционного материала, так как до момента аварии предельное состояние наступает у всей конструкции или у ее части. Поэтому подробное изучение аварийных ситуаций стальных конструкций служит инструментом для совершенствования методов их проектирования и предотвращения аварий в будущем.