Stopień bezpieczeństwa cz. 2


Rozciąganie i ściskanie / piątek, Marzec 9th, 2018

Zważywszy, że pojawienie się dostrzegalnych odkształceń trwałych pod wpływem pewnego obciążenia jest najczęściej już oznaką niebezpieczeństwa, zagrażającego elementowi konstrukcyjnemu, wypada uważać odpowiadające naprężenie ze naprężenie niebezpieczne. Należałoby tedy określać stopień bezpieczeństwa nie w odniesieniu do naprężenia rozrywającego, lecz raczej do naprężenia na granicy plastyczności. Byłoby to racjonalniej jeszcze i z tego względu, ponieważ naprężenie na granicy plastyczności waha się dla jednego i tego samego materiału w ciaśniejszych granicach, aniżeli naprężenie rozrywające (doraźna wytrzymałość). Tak pojmowany stopień pewności n będzie widocznie liczbą znacznie mniejszą, niż ta, która określa stopień pewności przeciw rozerwaniu. Dla żelaza kowalnego i stali otrzymamy np.  n= 1,5 do 2, zamiast n = 4.

Ogólnemu rozpowszechnieniu tego sposobu określenia stopnia pewności stoi na przeszkodzie nie tyle może ta okoliczność, iż wiele materiałów konstrukcyjnych nie posiada wyraźnej granicy plastyczności, ile przyzwyczajenie inżynierów (zwłaszcza niemieckich, a za ich przykładem i naszych) do dawniejszego sposobu.

Z każdego z obu powyższych sposobów określenia stopnia bezpieczeństwa wypadałoby, że liczba ta, a zarazem i wartość naprężenia bezpiecznego powinna być dla jednego i tego samego materiału niezależną od bezwzględnej wielkości obciążenia. Atoli w praktyce przedstawia się ta rzecz często inaczej. Dla mostów żelaznych np. przyjmuje się powszechnie naprężenie bezpieczne tym większe, im większą Jest rozpiętość, a ponieważ ze wzrostem rozpiętości wzrasta i ciężar własny konstrukcji, więc naprężenie bezpieczne rośnie wraz z obciążeniem. Objaśniają to zwykle t. zw. „współczynnikiem dynamicznym”, przez który mnoży się wielkość obciążenia ruchomego, aby skompensować niedokładności zwykłego obliczenia statycznego, przyjmującego obciążenie w spoczynku. Podczas ruchu obciążenia powstają bowiem naprężenia dodatkowe tym wyższe, im większe są ciężary ruchome w porównaniu do ciężaru stałego konstrukcji, To tłumaczenie wzrostu wartości naprężenia bezpiecznego z wzrostem stosunku obciążenia stałego do obciążenia ruchomego jest w przypadku mostów oczywiście słuszne, ale pomija w ogóle jeszcze drugą ważną okoliczność, na którą do ni dawna, zdaje się, nie zwracano uwagi, a która polega na nieco odmiennym pojmowaniu stopnia bezpieczeństwa. Siła zewnętrzna, działająca na dany pręt, jako element konstrukcyjny, składa się zwykle z dwu części: stałej G, pochodzącej od ciężaru własnego konstrukcji i zmiennej P. Pierwsza jest ściśle określona, przynajmniej teoretycznie, wielkość zaś drugiej normuje się dość dowolnie, biorąc pod uwagę rozmaite możliwe w przyszłości obciążenia ruchome i ich położenie. Dla dachów np. uwzględnia się napór wiatru i obciążenie śniegiem, dla mostów drogowych ciężar pojazdów, wałków parowych, tłumu ludzi, napór wiatru i obciążenie śniegiem. Jak widzimy, nie da się tutaj ściśle określić wielkość obciążenia zmiennego; możemy tylko na podstawie wieloletnich obserwacji i doświadczeń podać w przybliżeniu granicę, której takie obciążenie przekroczyć nie może. Zwykle jednakże nie bierzemy wartości tej granicy za podstawę obliczenia, albowiem ona odpowiada mało prawdopodobnym, chociaż możliwym obciążeniom. Przyjmujemy więc obciążenie mniejsze, bardziej zbliżone do zachodzących w rzeczywistością licząc słusznie na to, że w razie wyjątkowego zajścia największego możliwego obciążenia, będzie trwałość konstrukcji zabezpieczona przez dość wysoki stopień pewności. Zważywszy, że ciężar własny zmienić się nie może, wystarczy w tym celu postawić żądanie, aby dopiero przy n-krotnym obciążeniu ruchomym, przyjętym za podstawę obliczenia, osiągnęło naprężenie o wartość niebezpieczną.

Jest rzeczą jasną, że tak pojmowany stopień bezpieczeństwa musiałaby określać liczba nieco większa od tej, którą go określano dotychczas, ale zarazem nie ulega wątpliwości, że nowe określenie pewności jest racjonalniejsze od dawnego, zakorzenionego silnie w umysłach inżynierów.

W odmiennych, niż budowle, warunkach znajdują się ruchome części składowe niektórych maszyn. Obciążeniem zmiennym są u nich siły bezwładności, proporcjonalne względem ciężaru własnego. Tutaj zatem wystarczy najczęściej dawne pojmowanie stopnia bezpieczeństwa, prowadzące do wartości naprężenia bezpiecznego, niezależnej od rozmiarów elementu.

Zwiększenie wartości naprężenia bezpiecznego, stosownie do nowego określenia pewności, ma dla wielkich konstrukcji budowlanych ogromne znaczenie praktyczne, gdyż podwyższa granicę możliwych rozpiętości i zmniejsza koszta budowli.