Навигация

   




 

В книге даны описание и анализ более 50 случаев повреждений и обрушений различных видов строительных металлических конструкций, которые произошли в ПНР главным образом после второй мировой войны. Обсуждаются вопросы обеспечения надежности строительных металлических конструкций. Приводятся поучительные подходы по анализу фактического материала аварий.

Аугустин Я., Шледзевский Е.

Аварии стальных конструкций. Пер. с польск. М., Стройиздат, 1978. 183 с.

Глава 1
ОБЩИЕ УСЛОВИЯ НАДЕЖНОСТИ СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
1.1 ПОНЯТИЕ НАДЕЖНОСТИ И АВАРИЙНОСТИ КОНСТРУКЦИЙ

      Надежные стальные конструкции проектируют с соответствующим запасом прочности, зависящим в основном от типа конструкции и метода расчета. На практике применяют расчеты конструкций по методам:
      - допускаемых напряжений (нагрузки нормативные, работа в пределах упругости);
      - предельной несущей способности (нагрузки нормативные, работа в пределе текучести);
      - предельных напряжений (нагрузки расчетные, работа в пределах упругости);
      - предельных состояний (нагрузки расчетные, работа в пределе текучести).
      Развитие методов расчета идет в направлении объективной оценки значения действующих нагрузок, а также выявления действительной работы конструкций с полным использованием механических свойств материала, в особенности, при работе за пределом упругости. В связи с этим в течение последних десятилетий наблюдается различие в величинах, а в некоторых случаях уменьшение коэффициентов запаса при расчете конструктивных элементов.
      Правильное определение запаса прочности конструкции является важным одновременно в техническом, экономическом и общественном отношении. Этим вопросом занимаются новые отрасли науки, такие как теория надежности конструкций и теория безаварийности, пользующиеся методами теории вероятности и математической статистики [64]. Результаты исследований показывают, что не может быть и речи об абсолютной надежности строительных конструкций, и что надежность можно определять только как вероятность того, что при определенных технико-эксплуатационных условиях и в определенный период времени не произойдет аварии. Это условие выражается формулой

                (1.1)

где R (t) — надежность конструкции в интервале времени от 0 до t; т — число конструкций, эксплуатируемых без аварий за этот период; п — число всех конструкций изучаемого типа.
      Строительные металлические конструкции, запроектированные на основе одних и тех же норм, могут значительно отличаться одна от другой степенью вероятности появления и развития аварии в случае отказа какого-либо конструктивного элемента. Такие случаи происходят по различным причинам, в том числе из-за ошибок, возникающих при создании или во время эксплуатации конструкции. Вероятность возникновения аварии в конструкции назовем аварийностью¹.
      В теоретических исследованиях, посвященных количественному определению надежности конструкций, рассматриваются системы элементов, объединенные параллельно или последовательно [42]. Системой с параллельно соединенными элементами называется система, разрушающаяся тогда, и только тогда, когда разрушились все ее элементы. В системе с последовательно соединенными элементами разрушение одного элемента приводит к разрушению всей конструкции. Примером системы с параллельно соединенными элементами может служить конструкция Байтового перекрытия с числом тросов n, растянутых между двумя устойчивыми опорными стенами, а примером системы с последовательно соединенными элементами — конструкция шедового покрытия с числом пролетов п.
      Аварийность Q системы, состоящей из n элементов с аварийностью q_i соединенных параллельно, определяется по формуле

                (1.2)

      При q_i= q = const Q = qⁿ.
      Из этих зависимостей вытекает, что вероятность аварии параллельной системы приближается к единице только тогда, когда аварийность каждого ее элемента близка к единице.
      Аварийность Q системы, состоящей из п элементов с аварийностью а, соединенных последовательно, определяется по формуле

                (1.3)

      При q_i= q = const Q=l- (1 – q)ⁿ.
      Отсюда вытекает, что вероятность аварии такой системы равна единице, когда хотя бы один из ее элементов разрушается (q = 1) или тогда, когда число элементов очень велико (п = µ).
      Зависимость аварийности конструкции от числа элементов п и их аварийности q приведена на рис. 1.1. Прямая п = 1 соответствует конструкции, состоящей из одного элемента; кривые, расположенные над ней, характеризуют подверженность авариям конструкций из элементов, соединенных параллельно, а кривые, размещенные под этой прямой, - подверженность авариям конструкций из элементов, соединенных последовательно.

Рис. 1.1. График зависимости аварийности конструкции от числа элементов п [42]

      Из изложенного следует, что системы с последовательно соединенными элементами более подвержены авариям, чем системы с параллельно соединенными элементами. Эта зависимость справедлива и для вероятности развития аварий.
      Практические рекомендации для проектировщиков стальных конструкций, касающиеся способов уменьшения аварийности конструкций многопролетных цехов с системами последовательными и параллельными, приведены в главе 3.
1.2. КЛАССИФИКАЦИЯ ПРИЧИН АВАРИЙ КОНСТРУКЦИЙ


      Анализ различных случаев аварий показывает, что их причины могут быть разделены на следующие четыре группы:
      - несоответствующие или неправильно примененные материалы;
      - ошибки проектирования;
      - ошибки изготовления и монтажа;
      - неправильная или слишком длительная эксплуатация.
      Характерно, что аварии, вызванные одной причиной, происходят редко. В большинстве случаев авария происходит вследствие совпадения двух или нескольких причин, которые только совместным воздействием исчерпывают запас прочности конструкции. В таких случаях удается обычно выявить главную причину, влияние которой на возникновение аварии можно определить как решающее.
      Итак, главную причину аварии авторы условно считали основным признаком, по которому этот случай попадал в определенный раздел книги, что, однако, не исключает того, что данный случай может в какой-то степени относиться и к другим разделам.
      Анализ причин приведенных случаев аварий показывает, что многие из них произошли из-за низкого уровня проектирования и изготовления стальных конструкций. Эта ситуация, обусловленная многолетним застоем строительства с применением стальных конструкций, явилась причиной того, что за последние годы одновременно с развитием этого вида конструкций в стране произошло относительно много их аварий по сравнению с другими видами строительных конструкций (в 1970 г. — 29%) [102]. Несомненно, это явление временное, и следует считать, что одновременно с подъемом общей технической культуры в отрасли металлостроительства, которая переживает в последнее время бурное развитие, стальные конструкции станут и в ПНР самыми надежными несущими строительными конструкциями, чему способствуют свойства стали как строительного материала с самыми высокими техническими характеристиками.
      Этому же будет способствовать развитие строительства с применением типовых стальных конструкций, изготавливаемых серийно на специализированных заводах, которые создаются в последнее время в стране.