За редким исключением, нет почти ни одной аварии, ни одного крушения, в которых не имела бы места потеря устойчивости отдельными элементами или всей конструкцией. Потеря устойчивости может быть общая или местная. Опасность аварии от потери устойчивости особенно велика потому, что потеря устойчивости может наступить внезапно. Например, при достижении в элементе конструкции сжимающей силой своего критического значения достаточно дать малейший толчок в поперечном к продольной оси направлении, чтобы стержень потерял устойчивость. Из всех инженерных конструкций металлические наиболее подвержены потере устойчивости, так как они выполняются из сравнительно тонких и длинных стержней.

Потеря общей или местной устойчивости сжатыми элементами очень часто происходит из-за отсутствия надлежащей развязки сжатых поясов как при монтаже, так и в период эксплуатации и несвоевременной постановки постоянных и временных связей жесткости, а также при наличии в конструкции случайно изогнутых стержней, например при использовании, как это иногда бывает, верхнего пояса ферм для подъема грузов или же при применении в стержневых конструкциях уголковых профилей малых размеров, которые при транспортировке и монтаже получают искривления, вмятины и ряд других дефектов. Нередки случаи потери устойчивости в стержневых системах фермы, арки, рамы вследствие недоучета знакопеременности усилий. В таких случаях стержни должны быть проверены дважды —на растяжение и на сжатие с продольным изгибом. Последнее, если даже оно мало по сравнению с растягивающим усилием, вызывает продольный изгиб стержня, который может привести к выходу из строя сначала одного стержня, перераспределению усилий в остальных и, в конечном итоге, к аварии.

Случаи аварий промышленных и гражданских конструкций,происшедшие от потери устойчивости плоской формы изгиба, автору неизвестны. По-видимому, потеря устойчивости плоской формы изгиба конструкций, работающих на поперечный изгиб, если и имеет в отдельных случаях место, то не приводит к аварии в силу общей взаимосвязи балок с другими конструкциями. В тонкостенных балочных конструкциях, где как раз может иметь место потеря устойчивости плоской формы изгиба отдельными элементами конструкций, могут возникать аварийные состояния от этого вида потери устойчивости. Классическим примером аварии, вызванной изгибно-крутильной формой потери устойчивости в мостовых конструкциях, является авария Кевдинского моста. Главное место среди причин, вызвавших первую аварию Кевдинского моста, занимает потеря устойчивости сжатых стержней при недостаточности решеток связей. Следует отметить, что признаки потери устойчивости в отдельных сжатых элементах наблюдались задолго до аварии.

В нижеследующих примерах рассмотрены аварии, вызванные потерей устойчивости в конструкциях и сооружениях как старой проектировки, так и современной. Известно огромное число аварий, вызванных отсутствием, недостаточным количеством, неправильной или несвоевременной расстановкой связей пространственной   жесткости.   Сказанное  относится  почти   ко  всем  плоскими пространственным конструкциям. Плоские конструкции — фермы, арки, рамы с неправильно сконструированными связями — плохо сопротивляются изгибу из плоскости конструкций. Небольшая перегрузка или дефекты монтажа могут вызвать обрушение. Все это часто приводит к катастрофам.

 

 

 

 

 

 

Авария телевизионной мачты Курганского телецентра высотой 182 м с тремя ярусами оттяжек произошла в 1959 г. в результате потери местной устойчивости стволом мачты. Ствол трубчатого сечения rf=l,6 м был выполнен из стали Ст. Зкп. Толщина листа в аварийной обечайке 8 мм. Ко времени аварии производилось окончательное регулирование предварительного натяжения в оттяжках, которые через реи обеспечивали горизонтальную жесткость мачты. Заложение трех оттяжек всех трех ярусов было одинаковым и довольно крутым — 54 м.

В начале аварии был замечен перелом на высоте 51 м от земли с вмятием стенки внутрь ствола в результате потери ею местной устойчивости. Впоследствии в аварийных швах в районе деформации ствола мачты были обнаружены два местных разрыва шва длиной по 10 см. Затем в течение 3 суток деформации нарастали. Отклонение от вертикали в точке перелома достигало 1,83 м, а вершины антенны — 7,27 м. Ствол сплющился. Обечайка мачты потеряла устойчивость по всему периметру сечения трубы. Верхняя часть ствола осела примерно на 80 см.

Проведенными исследованиями установлено наличие расслоения металла и его выпучивание, наличие многочисленных внутренних расслоений, которые связаны не только с маркой стали, но и с качеством прокатки. Наличие выпучивания расслоенного металла дало основание предположить, что потеря местной устойчивости началась как раз в этом месте. Все разрывы стали при деформациях обечайки и обрушение мачты носили пластический характер. Все это говорит о том, что кипящую сталь не следует применять в несущих конструкциях; ее надо заменять полуспокойной с содержанием кремния 0,05—0,17 % - втору известны случаи аварии двух металлических дымовых труб на расчалках (высота труб 30—40 м), происшедшие при ураганном ветре. Оттяжки были закреплены не за фланцы, содиняю-щие отдельные 6-метровые звенья труб, а непосредственно за тру» бу: в одном случае — к приваренным к трубе коротышам из уголков, в другом — к кольцевому поясу, кое-как прихваченному сваркой к трубе. При сильном порыве ветра в местах прикрепления оттяжек с подветренной стороны произошло сплющивание стволов труб, и они обрушились.

На строительстве высоковольтной линии электропередач в 1953 г. произошло обрушение двух анкерно-угловых опор козлового типа высотой 22,2 м. Причиной аварии явилась местная потеря устойчивости поясными уголками сжатой «ноги».

Авария произошла при монтаже под действием силы натяжения проводов. Пояса «ног» квадратного сечения 750x750 мм были выполнены из четырех уголков 75X75x6 мм, соединенных К-об-разной решеткой «в елочку» из уголков 40X40x5 мм. Длина панели 900 мм. Опоры состояли из двух Д-образных стоек, траверсы и подкоса. Две опоры разрушились, а три сильно деформировались. Разрушение началось с Д-образных стоек без подкоса вследствие потери устойчивости поясными уголк'ами либо вверху «ноги», вблизи жесткого узла, либо посередине ее высоты у монтажного стыка, выполненного на черных болтах. Напряжения в элементах «ног» опор были ниже допускаемых. В результате изучения обрушившихся и деформированных опор, испытания одной из них в полигонных условиях, испытания в натуральную величину на сжатие трех частей опорных «ног» длиной по 4 ж каждая с разными схемами решетки (с целью выяснения фактического влияния системы решетки на несущую способность «ноги») были установлены причины аварии.

Неудачно была принята К-образная система решетки: местная гибкость отдельных элементов поясов была больше общей гибкости всего стержня, что явно недопустимо, в поясных элементах Хп = 78 (в пределах панели). Общая гибкость «ноги» >„п = 66. Применяемый способ расчета на устойчивость сжатых стержней с К-об-разной решеткой приводит к завышенному значению критического напряжения. Кроме того, было выявлено неравномерное распределение усилия по поясным уголкам составного сечения «ног», вызванное применением монтажных стыков на четырех болтах со значительной (до 2 мм) разницей между диаметрами болтов и отверстий. Имело место также искривление «ног» в результате податливости монтажного стыка.