Понятие об устойчивости и критической силе

Несущая способность сжатого стержня может оказаться исчерпанной вследствие потери устойчивости, т.е. в результате выпучивания, которое происходит раньше, чем стержень выйдет из строя непосредственно от сжатия.

При малой сжимающей силе, меньшей некоторого критического значения , сжатый стержень нечувствителен к малым возмущениям. Незначительные дополнительные воздействия мало отклоняют стержень от его прямолинейного состояния. При прямолинейная форма сжатого стержня неустойчива. Сколь угодно малые случайные воздействия вызовут большие отклонения. Стержень после устранения возмущений остается в изогнутом состоянии под действием сжимающей силы. Такое состояние называют продольным изгибом.

Появление продольного изгиба опасно тем, что при нем происходит очень сильное нарастание прогибов при малом возрастании сжимающей силы. Прогибы и нагрузки связаны между собой нелинейной зависимостью. Быстрое нарастание прогибов вызывает быстрое нарастание напряжений от изгиба, которые, в свою очередь, приводят к ускорению деформаций и часто - к разрушению стержня.

Для тонких (гибких) стержней потеря устойчивости часто наступает при сравнительно небольших сжимающих напряжениях, не являющихся опасными с точки зрения прочности самого материала.

Если при малых возмущениях возникают большие отклонения системы от расчетного состояния, то система находится в неустойчивом равновесии. Максимальная сжимающая сила, при которой стержень сохраняет устойчивую форму равновесия, называется критической силой.

История развития строительного искусства знает немало случаев крушения инженерных сооружений из-за неправильного их расчета на устойчивость. Так, по этой причине в 1907 году разрушился строящийся мост через реку Св. Лаврентия с главным пролетом 549 м. Интересно отметить, что спустя 9 лет мост, построенный вторично на том же самом месте, разрушился по той же причине. Этот пример говорит также о том, как важно правильно определить причину катастрофы.