1. Uvod u teoriju pouzdanosti

POUZDANOST KONSTRUKCIJADIPLOMSKI SVEUČILIŠNISTUDIJ GRAĐEVINARSTVA1. Uvod u teoriju pouzdanostiProf. dr. sc. Bernardin Peroš

I. Uvod u teoriju pouzdanostiZa znanstveno-istraživački rad u području tehničkih saznanja bitno je da istraživanja nisu ucjelosti zaokružena kao tehnička rješenja, obrađena kao praktična uputstva, a posebno danisu već kodificirana kao tehnički propisi.Dakle, da kod primjene takvih tehničkih saznanja ostaju nedorečenosti, sumnje ineistraženosti, pa je potrebno duboko i široko poznavanje problematike da se u konkretnomslučaju dobije prihvatljivo rješenje.Primjenom kodificiranih pravila, obrađenih upustava i uhodanih postupaka dobiva se uvijekprihvatljivo rješenje, te se ne mora poznavati bit problematike. No, takva rješenja ne mogu datinešto novo, što bi vodilo napretku i prosperitetu konstruktorske djelatnosti.Samo duboko i široko poznavanje problematike određenog područja novih saznanja ukonstruktorskoj djelatnosti omogućuje pronalaženje novih rješenja.Npr. poslijediplomski studij za razliku od specijalističkog studija, kojemu je svrha upoznavanjeslušača s najnovijim razinama kodificiranih pravila, obrađenih upustava i uhodanih postupaka,treba upoznati slušače i s postignućima istraživačke djelatnosti, gdje proces istraživanja jošnije završen.10

I. Uvod u teoriju pouzdanostiPrema tome cilj je znanstvenoistraživačkog djelovanja upoznavanje s problematikomkonstrukcija upravo na onom području kuda je usmjerena tendencija razvitka i gdje se tek ubudućnosti očekuju zaokružena rješenja kodificirana u pravilnicima i upustvima.Nakon objašnjenja pojmova “Bit konstruktorskog djelovanja” i “ Uloga znanosti uodređivanju sigurnosti konstrukcija ” možemo pojasniti značaj nove znanstvene discipline“Teorija sigurnosti nosivih konstrukcija” i potrebu za njeno uvrštavanje u dodiplomski iposlijediplomski studij na građevinskim fakultetima.Ako je bit konstruktorskog djelovanja izgradnja nosive konstrukcije dostatne sigurnosti, ondapogledajmo kako smo zapravo utvrdili tu sigurnost protiv otkazivanja nosivosti.11

I. Uvod u teoriju pouzdanostia vrijednostσ dop dobivamo iz kritičnog napona kod kojeg smatramo da nastaje otkazivanjenosivosti :σσ=νkrdop (1.3)σkr→ kritična vrijednost (funkcija vezana za otkazivanje nosivosti materijala)ν → globalni koeficijent sigurnosti (funkcija nepouzdanosti).Prema tome izraz za dokaz nosivosti glasi :S σ ≤ kr. (1.4)A νIz izraza za dokaz nosivosti s dopuštenim naponima lako se prelazi na danas uobičajeni izrazza granično stanje :S σ ≤ krA νiliν ⋅ S ≤ ⋅ A(1.5)σkrS * ≤Rgdje je : S* - rezna sila od tzv. faktoriranog djelovanja (djelovanje pomnoženo skoeficijentom sigurnosti ν ).13

I. Uvod u teoriju pouzdanostiS * ≤Rgdje je : S* - rezna sila od tzv. faktoriranog djelovanja (djelovanje pomnoženo s koeficijentomsigurnosti ν ).Pogledajmo koje se discipline bave utvrđivanjem veličina čimbenika u izrazu za dokaznosivosti :SA→ teorija konstrukcijskih sustava→ nauka o otpornosti materijalaσkr→ nauka o ispitivanju materijala, elemenata i nosivih sustavaν → određen je propisima (?)14

I. Uvod u teoriju pouzdanostiVidimo da koeficijent sigurnosti ν treba pokriti sve nepouzdanosti koje se javljaju u dokazunosivosti i to :- mehaničkih osobina materijala → sadržane u σ kr- utjecaja vremena (starenje, korozija, puzanje, habanje i sl.) → sadržano u σ kr i A- točnosti kvalitete izvedbe → sadržano u A- adekvatnost statičkog tretmana → sadržano u A, S i σ kr- odabranih djelovanja → sadržano u S.U našim još sada važećim propisima koeficijenti sigurnosti variraju u ovisnosti o: materijalu,načinu naprezanja, kombinacijama djelovanja, statičkom tretmanu i dr.No na temelju čega se utvrđuju vrijednosti ovih koeficijenata sigurnosti ?15

I. Uvod u teoriju pouzdanostiOdgovor :Samo na temelju grubih empirijskih konstatacija koje se svode na običnu tvrdnju:“Konstrukcije dimenzionirane na temelju proračuna do sada usvojenim koeficijentimasigurnosti pokazale su se u pogledu pojave otkazivanja nosivosti (havarije i nefunkcionalnosti)dovoljno sigurne”.Očito da ovakav pristup ovom problemu nema znanstvene podloge, i to je najslabija karika ulancu dosadašnjih dokaza nosivosti jer zapravo ostavlja potpuno kvantitativno nedefiniranstupanj sigurnosti nosivih konstrukcija.Ta nedefiniranost stupnja sigurnosti konstrukcije kao cjeline ima i jedan možda i punoznačajniji nedostatak, a to je strahovita neujednačenost stupnja sigurnosti ne samo izmeđukonstrukcija iste namjene, već i unutar elemenata iste nosive konstrukcije.16

I. Uvod u teoriju pouzdanostiSlikovito bi se to moglo prikazati s lancem koji ima veliki niz karika različitih nosivosti(čvrstoća). U tom slikovitom usporednom prikazu praktički znači, ako moramo povećatinosivost lanca, da moramo povećati određeni % čvrstoće presjeka svih karika, bez obzirakolika je koja čvrstoća jer jednostavno ne poznajemo stvarnu čvrstoću pojedine karike.Prema tome, ovakav pristup utvrđivanja dostatne nosivosti, odnosno sigurnosti ne samo da jeneznanstven i nepouzdan nego daje i neekonomične konstrukcije.Praktički npr. problem optimalizacije konstrukcije nema smisleno rješenje dok se ne riješiproblem utvrđivanja kvantitativnog stupnja sigurnosti. No još veći problem predstavlja primjenanovih konstrukcijskih rješenja, gdje nemamo iskustvenih pokazatelja (npr. pomorske bušaćeplatforme ili konstrukcije s čelicima visokih čvrstoća).17

I. Uvod u teoriju pouzdanostiNaime, s obzirom na strahovito ubrzani tempo razvoja mi ne možemo dozvoliti da se kao prijeučimo samo na iskustvima havarija na konstrukcijama, ili da probleme rješavamo opreznim ipostepenim pristupom izgradnji pojedinih konstrukcija (npr. primjena čelika St-52 u zavarenojizvedbi imala je period uvođenja 20 do 30 godina).Iz ranije izloženog vidljivo je da je problematika sigurnosti konstrukcija upravo ono područjekoje je otvoreno za istraživačku djelatnost. To je područje još daleko od zaokruživanjatehničkog saznanja, a čak i od kompletnog kodificiranja već prikupljenih saznanja. No, to jestupravo područje gdje je nužno duboko poznavanje problematike, pa da se u pojedinimslučajevima mogu dati konkretna rješenja i to za sada u palijativnim rješenjima ujednačavanjastupnja sigurnosti konstrukcija.Upravo u tome i jest značenje kolegija “Teorija sigurnosti nosivih konstrukcija” ipotreba njegovog uvrštavanja u dodiplomski i poslijediplomski studij konstruktorskogusmjerenja. Riječ je o educiranju znanstveno-istraživačkog kadra koji bi bio u stanju upraktičnoj primjeni rješavati složene zadaće ujednačavanja stupnja sigurnosti u svrhuoptimalizacije izgradnje konkretnih konstrukcija.18

I. Uvod u teoriju pouzdanostiIsto tako, takav kadar bi trebao biti u stanju rješavati u ekspertiznom postupku zadaće izproblematike sigurnosti, kada je neka nosiva konstrukcija izgrađena mimo i suprotnokodificiranim pravilima ili su na njoj nastupila oštećenja i pojave po kojima se ona više nemože uvrstiti u prihvatljive, prema regulama tehničkih propisa.No, ako takva konstrukcija i nije prihvatljiva s obzirom na kodificirane zahtjeve tehničkihpropisa ili uzanca tehničke prakse, to ona ne mora biti neprihvatljiva i s obzirom na njenpostignuti ili postojeći stupanj sigurnosti.Bez dubljeg poznavanja problematike sigurnosti konstrukcija ovakve zadaće su nerješive, anjihovo rješenje može imati velike pozitivne posljedice ekonomskog, tehničkog i društvenogznačenja.Zato bi i diplomirani inženjeri trebali biti u dodiplomskom studiju upoznati bar s osnovamateorije sigurnosti na kojima počiva novi koncept propisa o pouzdanosti nosivihkonstrukcija, kako bi mogli sagledati njihov doseg u pogledu otkazivanja nosivosti sustava ielemenata konstrukcije, kako kod izgradnje, tako i u eksploataciji.19

I. Uvod u teoriju pouzdanostiBez dubljeg poznavanja problematike sigurnosti konstrukcija ovakve zadaće su nerješive, anjihovo rješenje može imati velike pozitivne posljedice ekonomskog, tehničkog i društvenogznačenja.Zato bi i diplomirani inženjeri trebali biti u dodiplomskom studiju upoznati bar s osnovamateorije sigurnosti na kojima počiva novi koncept propisa o pouzdanosti nosivihkonstrukcija, kako bi mogli sagledati njihov doseg u pogledu otkazivanja nosivosti sustava ielemenata konstrukcije, kako kod izgradnje, tako i u eksploataciji.20