Це питання, на яке не можна відповісти остаточно, тому що питання, яке ви порушуєте, є питаннями ризику та ймовірності. Не існує такого поняття, як розрахунок гарантії що остаточна структура буде безпечною. Все, що ви можете зробити, це стверджувати, що прийняті розрахунки мають на увазі прийнятний (і дуже, дуже низький) рівень ризику.
Адже, як ви згадуєте, існує безліч випадкових змінних з поведінкою поза вашим контролем:
- Чи може навантаження бути більшим, ніж ви насправді очікуєте?
- Чи може матеріал бути несправним, з силою нижче, ніж ви очікуєте?
- Чи буде структура поводитися точно так само, як і структурна модель, або недоліки змінять внутрішні напруги?
- І безліч інших потенційних ризиків ...
Отже, що це за прийнятний рівень ризику? Хто має повноваження визначати це? Ну, відповідь "не ви". Навпаки, кожна країна / держава / будь-яка інша має набір кодів, які визначають адекватні методи та міркування, які необхідно враховувати при виконанні ваших розрахунків, щоб досягти рівня ризику, який країна / держава / те, що вважає, є прийнятним.
При роботі зі структурами, як правило, існують дві загальні методики: конструкція допустимої міцності (ASD) і розрахунок коефіцієнта навантаження і опору (LRFD).
У ASD обчислюється необхідна міцність, щоб протистояти заданому навантаженню, і порівнюється з "допустимою міцністю" матеріалу, який є часткою (наприклад, 50%) номінальної міцності матеріалу.
У LRFD очікувані навантаження збільшуються на даний коефіцієнт, і тоді необхідна сила для цього підвищеного навантаження порівнюється з допустимою міцністю матеріалу, що знову ж таки є часткою номінальної міцності (але вище, ніж у ASD).
Наприклад, у Бразилії мости мають навантаження на 35% більше, а живі на 50% (і динамічний фактор). Між тим, міцність бетонних мостів зменшилася на 30%, а сталеві мости зменшилися лише на 13%. Це приклад методу LRFD. (Бразилія в даний час не використовує ASD).
Чому мертві навантаження зросли на 35%, тоді як живі навантаження зросли лише на 50%?
Добре, це тому, що ви можете бути досить розумно впевнені, що кінцева вага вашого мосту буде. Адже ви контролюєте: ви вибрали розміри та матеріал. Щось треба буде йти досить серйозно неправильно в будь-якому з цих змінних (наприклад, розміри або щільність конкретного випадку), щоб ваш міст значно знизив очікувану вагу.
Тим не менш, ви не маєте контролю над живими навантаженнями, які рухаються по мосту. Мости, як правило, розраховуються з кодифікованим навантаженням, яке описує важкий вантажний автомобіль або поїзд. Але, хто знає що вантажівки будуть зважувати у 20 роках? Та коди звичайно дозволяють вам тільки розглянути один (або будь-який) вантажівки ведення вашого мосту у даний момент. Звичайно, шанси мати два з цих масивних вантажівок ведення відразу астрономічними, але що якщо ви маєте один з них передуючи пучку інших, більш світлих вантажівок? В основному, ви не маєте контролю над тим, що відбувається на вашому мосту, так що вам потрібно поставити набагато більш високий коефіцієнт безпеки для живих навантажень.
Ця ж концепція застосовується до того, чому міцність бетону знижується настільки сильно, порівняно зі сталлю. Часто робиться бетон на місці (на місці), де контроль якості є більш проблематичним. Навіть коли він змішується в контрольованому середовищі і потім переправляється на місце, існує безліч факторів, які регулюють міцність бетону: чи правильно його змішано, чи є агрегати адекватними для навколишнього середовища, чи правильно його виливали, чи було гідратовано пост-залити, що буде його профіль міцності з плином часу, і т.д., і т.д., і т.д. Тим часом, сталь виробляється на заводі, покласти в вантажівку, розташований на місці, а потім зварюється / загвинчується. Є в основному ніяких випадкових змінні щодо міцності конструктивного елементу після виходу з фабрики, що означає, що контроль якості на дверях фабрики є суттєвим і достатнім, щоб бути впевненим у фактичній міцності матеріалу. Таким чином, менший коефіцієнт безпеки полягає в тому, щоб покрити потенціал викручування на заводі та потенційну втрату міцності з часом через елементи. Єдиною іншою змінною, яку слід враховувати для сталі, є зв'язки (зварювання / загвинчування), але вгадайте, що для цього існують також коди.