Коэффициенты запаса в практических расчетах.

Объективные значения нормативных показателей надежности должны определяться для каждого отдельного вида строительных конструкций на основе глубоких теоретических раз­работок и обширных экспериментальных исследований.

В нашей стране на основе многолетней эксплуатации различных инженерных систем в зависимости от ответственности элемента, конструкции, объекта получены следующие данные нормативных значений надежности (табл. 23.1).

Значения гауссовского коэффициента надежности железобе­тонных конструкций, запроектированных по отечественным нор­мам, равны   = 3...4. Надежность, соответствующая определенным значениям   следующая:

Надежность 0,9 0,99 0,999 0,9999

Значения   1,28 2,33 3,10 3,76

Таблица 23.1. Ориентировочные значения нормативной надежности

Элемент конструкции или сооружения	Начало эксплуатации	Окончание эксплуатации
Малоответственный элемент конструкции	0,90...0,95	0,85...0,90
Массовый элемент статистически неопределимой конструкции, отказ которой не влечет внезапного разрушения системы	0,99	0,95
Ответственная конструкция (ферма, балка, колонна) с постепенными отказами	0,999	0,99
Ответственная конструкция с внезапными отказами	0,9999	0,999
Уникальное сооружение	0,99999	0,9999

Расчеты надежности и долговечности автодорожных мостов свидетельствуют, что оптимальная надежность зависит от срока службы и Р_н = 0,99...0,999.

Оптимальное значение надежности составляет: по образованию трещины в защитном слое Р_н = 0,90...0,95; по достижении трещинами нормативной ширины раскрытия  а = 0,2mm,  Р_н= 0,95.

Рис. 3.4. Зависимость нормативного коэффициента запаса от нормативной надежности и от коэффициентов изменчивости при .

В инженерных нормах в качестве расчетной нагрузки принимают некоторое «максимальное» (т.е. соответствующее некоторой малой вероятности осуществления) значение, а в качестве расчетного сопротивления материала – нижнее значение из технических условий. Выбор этих значений, а также коэффициента запаса в определенной степени произволен: одной и той же надежности могут соответствовать различные коэффициенты запаса. Для того чтобы оценить величину надежности, предусматриваемой нормами, необходим статистический анализ нагрузок, сопротивлений и других параметров, влияющих на поведение конструкции [8].

Диапазоны обычно принимаемых запасов прочности при расчетах от статических нагрузок и нагрузках с небольшим числом циклов 1,5 – 2,5 и 2 - 4 при переменных нагрузках с большим числом циклов.

В строительстве, в авиастроении и других отраслях, где одним из важнейших факторов является общий вес конструкции, логично стремление к обоснованному снижению запасов прочности. Это требует уточнения не только расчетных схем, но и уточнения сведений о нагрузках, условиях работы и механических свойствах материалов. В действующих ныне строительных нормах коэффициент запаса расщепляется по типам нагрузок, неоднородности материалов и условиям работы.

При учете случайного характера всех факторов использование статистических данных часто ограничивает возможности обоснованного снижения запасов прочности всвязи с недостаточной статистикой наблюдений. Поэтому для более обоснованного назначения коэффициентов запаса в настоящее время все шире используются методы моделирования процессов и методы статистического моделирования результатов как случайных величин и случайных процессов.

Лекция 24. Современные методы моделирования случайных процессов и величин при решении задач строительной механики расчета и проектирования сооружений