Лекция № 6.

12.Фундаментальная роль вероятностных законов в природе.

Вероятностными закономерностями описываются многие явления природы. Фундаментальная роль случайностей ярко про­явилась в вероятностных законах физики (квантовая механика), микробиологии, астрономии, метеорологии, электротехнике, кос­монавтике и др. Вероятностный характер фундаментальных зако­нов природы проявляется на уровне микро- и макроскопических объектов. Например, процесс деления ядер может происходить про­извольно и имеет случайный характер. Сплошь и рядом мы имеем дело с вероятностными прогнозами и расчетами.

Фактически вся человеческая деятельность опирается на ве­роятностные законы. Статистические причинно-следственные свя­зи являются общим видом связей, а вероятностный характер зако­нов природы обусловливает их стохастические закономерности.

Вероятность не только вокруг нас, но она в основе всего. Окру­жающий нас мир, включая как природу, так и тот мир, который создает в своей деятельности человек, построен на вероятности.

В мире господствует случай и одновременно действуют поря­док и закономерность, которые формируются из взаимодействий массы случайностей согласно законам вероятностей. Отдельные элементы (факты) меняются от случая к случаю. В то же время об­щая картина обнаруживает устойчивость. Так, в мае могут быть отрицательные температуры воздуха, заморозки, снег, но средне­месячная температура положительная.

Исследования несущих строительных конструкций развива­ются по двум направлениям:

• детерминированные методы направлены на совершенство­вание статических и динамических расчетов, уточнение расчетных схем и моделей, учет физических и геометрических нелинейностей (пластические деформации, ползучесть, трещины и др.);

• вероятностные методы направлены на решение проблем на­дежности и долговечности зданий и сооружений, способности кон­струкций сопротивляться нагрузкам и воздействиям окружающей среды в течение всего срока эксплуатации с обеспечением необхо­димых эксплутационных качеств. Эти проблемы решаются с помо­щью вероятностных подходов и закономерностей, лежащих в основе фундаментальных законов в природы.

Надежная и безотказная работа несущих строительных кон­струкций зависит от большого числа изменчивых факторов, оп­ределяющих внешние воздействия и нагрузки при изготовлении, монтаже, эксплуатации и несущую способность конструкции при различных видах напряженного состояния (сжатие, растяжение, изгиб, кручение и др.).

Неоднородность физико-механических свойств материалов закладывается уже в процессе изготовления конструкции. Техноло­гия изготовления должна рассматриваться как стохастическая систе­ма, распределение структуры материала подвержено статистическим законам. Роль случайности при переходе от микрообъемов (кристалл, лабораторный образец) к макрообъемам (балка, колонна) возрастает.

Фактор случайности растет при переходе от единичной продук­ции к массовой. Это происходит из-за колебаний свойств исходных материалов в партиях поставки на объекты строительства и заводы строительных изделий, износа оборудования, случайных изменений влажности, температуры и др. Внешние нагрузки и воздействия (собственный вес конструкций, изменение температур, снег, ветер, крановые нагрузки) также имеют случайный характер.

Каковы причины, вызвавшие развитие и применение мето­дов теории надежности в строительстве?

Во-первых, одним из способов проектирования изделий с минимальной массой является повышение расчетных сопротивле­ний материалов. Но в связи с уменьшающейся материалоемкостью конструкции их надежность снижается. Определить, насколько она снизилась и каково ее численное значение — это первая задача на­дежности, отражающая аспект безопасности.

Во-вторых, в условиях технического прогресса моральное ста­рение зданий и сооружений происходит значительно быстрее, чем это было в XIX начале XX века. Сделать сооружение таким, чтобы оно исчерпало свою надежность к моменту его морального старе­ния — это вторая задача теории надежности, отражающая эконо­мический аспект.