Инженерных конструкций

Понятие о коэффициенте запаса, история теории расчета

Коэффициент запаса прочности – это отношение предельной нагрузки к такой нагрузке, которая обеспечивает безопасную эксплуатацию конструкции. Введение коэффициента запаса вызывается необходимостью иметь достаточную гарантию против разрушения.

До конца 19 в. понятие о коэффициенте запаса воспринималось интуитивно. Здания возводились исходя из предшествующего опыта и инженерной интуиции. По мере изучения работы конструкций постепенно формировалась теория расчета сооружений. С развитием математических методов расчета конструкций потребовалась конкретизация коэффициента запаса. А с увеличением объемов строительства стало необходимым найти резервы экономии строительных материалов, т. е. коэффициент запаса потребовал научного обоснования.

С течением времени наука о строительных конструкциях разработала три основных метода их расчета: по допускаемым напряжением, по разрушающим усилиям и по предельным состояниям.

Каждый из них представлял собой развитие предыдущего.

В 1826 г. Луи Навье предложил метод расчета конструкций по допускаемым напряжениям, который базировался на следующих основных предпосылках: 1) сечения, плоские до деформации, остаются плоскими и после нее — гипотеза плоских сечений; 2) напряжения в материале пропорциональны его относительным деформациям — закон Гука (закон Гука – сила упругости, возникающая в теле при его деформации, прямо пропорциональна величине этой деформации F=k · ∆x, где k - коэффициент упругости (деформации); F – сила натяжения стержня; ∆x – абсолютное удлинение); 3) наибольшие напряжения от эксплуатационной нагрузки сравниваются с допускаемыми для данного материала — принцип Луи Навье. В 1887 г. метод расчета по допускаемым напряжениям был распространен на железобетонные конструкции. При этом введены дополнительные предпосылки: установлено нормированное отношение между модулями упругости стали и бетона; фактическое поперечное сечение железобетонного элемента приводится к фиктивному, в котором поперечное сечение стали заменяют эквивалентной площадью бетона. С накоплением экспериментальных данных выяснилось, что для железобетонных конструкций действительные напряжения не соответствуют расчетным, железобетон не подчиняется строго гипотезе плоских сечений и закону Гука, а значения не постоянны, так как зависят от многих факторов.

Учитывая недостатки расчета по допускаемым напряжениям, русский ученый А. Ф. Лолейт разработал метод расчета по разрушающим усилиям, в котором коэффициент запаса введен не к значению напряжений в материале, а в несущую способность конструкций в целом. В методе расчета по разрушающим усилиям работа конструкции рассматривается непосредственно перед разрушением. Суть метода заключается в том, что усилия, возникающие в конструкции в стадии эксплуатации, не должны превышать частного от деления разрушающего усилия на обобщенный коэффициент запаса. Метод расчета железобетонных конструкций по разрушающим усилиям введен в нашей стране с 1938 г.

Описанные методы расчета не учитывают влияния многочисленных факторов на несущую способность конструкций, так как оперируют одним коэффициентом запаса прочности. Особенно это относится к расчету по допускаемым напряжениям. Поэтому советские ученые разработали метод расчета конструкций по предельным состояниям, который завоевал мировое признание. Деревянные, металлические и железобетонные конструкции промышленных и гражданских зданий по методу предельных состояний начали рассчитывать с 1955 г., а железобетонные конструкции гидротехнических сооружений — с 1970 г.

Дата добавления: 2014-01-05