Оцінка витривалості сталевих конструкцій

Основа

1.1 Методика розрахунків витривалості, що надається в цьому додатку, може бути застосовувана у всіх випадках одночасно з розрахунками згідно з ДБН В.2.3-14 (4.55.), із застосуванням ефективних коефіцієнтів концентрації напружень , які наведено в обов’язковому додатку Я. В разі отримання розходження у розрахунках кінцевий результат слід приймати за методикою, що дає більш достовірний результат.

1.2 Запропонована у цьому додатку методика має бути застосована у всіх випадках, для елементів, вузлів та з’єднань, які не охоплені додатком Я ДБН В.2.3-14.

1.3 Методику побудовано на основі мостових норм США та проекту європейських норм.

2 Навантаження

2.1 Оцінка витривалості побудовано на тому принципі, що тільки важкі транспортні засоби викликають небезпечний для конструкції амплітуду напружень, яка призводить до появи тріщин втомленості. Напруження від постійних навантажень не враховуються. При підрахунках оцінюється вплив лише одного транспортного засобу (тандема АК) незалежно від кількості смуг руху на мосту. Одночасне завантаження двох або більше смуг руху не розглядається.

2.2 Тандем з тиском на вісь =15 тс має планові відбитки коліс 20х60 см.

Рисунок 1 – Схема навантаження для розрахунків витривалості

Розрахунковий тиск на вісь має бути прийнятий за формулою:

, (1)

де

Р_n – нормативний тиск на вісь;

– коефіцієнт ймовірності безпосереднього впливу колеса, рівний:

– 0, 5 – для розрахунку елементів, які зазнають безпосередній вплив коліс тандему (елементи ортотропних плит і т.п.);

– 1, 0 – для інших елементів та деформаційних швів.

– коефіцієнт надійності за навантаженням; приймається рівним 1, 0, якщо не обумовлено інше;

= динамічний коефіцієнт, рівний:

– 1, 0 – для загальних розрахунків;

– 1, 15 – для розрахунків елементів проїзної частини;

– 2, 0 – для розрахунків деформаційних швів.

3 Підрахунок кількості циклів навантажень

3.1 Кількість циклів розмаху змінних напружень визначається на основі підрахунку числа проходів тандема по мосту на протязі проектного терміну служби.

3.2. Загальне число циклів від проходів тандема в одному напряму по мосту на протязі проектного терміну служби підраховується за формулою (2)

, (2)

– кількість днів у році,

– проектний термін служби моста в роках;

- кількість циклів від одного проходу візка;

– середня денна кількість візків, що проходять в одному напряму по одній смузі моста

3.2 Проектний термін служби моста або його елементу має бути визначений у технічному завданні, якщо ці значення не вказані в ДБН В.2.3-14.

3.3 Кількість циклів від одного проходу візка має прийматися у відповідності з
таблицею 1:

Таблиця 1

№	Характерна деталь моста	Кількість циклів від одного проходу візка
	У всіх випадках, крім перелічених нижче	1, 0
	Елементи моста в яких кількість циклів подвоюється від одного проходу тандему	2, 0
	Елементи деформаційних швів	2, 0

3.4 Середня денна кількість візків, що проходять в одному напряму по одній смузі мосту вираховується за формулою

, (3)

де - середня денна кількість візків, що проходить в одному напряму по мосту. Дорівнює фізичному ліміту кількості авт, що можуть пройти по одній смузі у день, тобто 20000 штук.

- враховує склад важких авто у загальному транспортному потоці. Якщо нема статистичних даних і не передбачене інше, коефіцієнт слід приймати рівним:

– 0, 20 - для міських та заміських мостів на магістралях 20%

– 0, 15 - для мостів на інших дорогах 15%

– 0, 10 - для інших міських мостів 10%

- коефіцієнт, який враховує кількість смуг в одному напрямку 1):

– 1, 0 - при одній смузі

– 0, 85 - при 2 смугах

– 0, 80 - при 3 і більше смугах

Приклад:

Встановити кількість циклів для оцінки витривалості вузла приєднання ванта Московського моста через Дніпро в Києві, за термін 75 років. Міст має три смуги руху в одному напрямку.

Для умов Києва за даними транспортного відділу АО «КиЇвпроект» за 1998 рік наближена кількість вантажівок та автобусів, що проходять за добу в одному напрямі по Московському мосту через Дніпро, становить близько 3000 авт.

Вантажівок з тиском на вісь 10 т, 300 штук

Автобусів з тиском на вісь 10 т 350 штук

Всього, з тиском на вісь 10 т 650 штук

Виходячи з наведеного, при трьох смугах руху в одному напрямі =0, 8; кількості циклів за один прохід =1; коефіцієнт к₁ становить: к₁ =650/20000 =0, 0325, а кількість розрахункових циклів:

N = 365× 75× 1× 20000× 0.8× 0, 0325 = 14235000 циклів.

Розрахункова кількість циклів проїзду важких машин за 75 років становитиме приблизно
15 млн.

4 Оцінка витривалості

4.1 Оцінка витривалості виконується за формулою (4):

, (4)

де

- розрахунковий розмах чинних напружень від навантаження згідно з 2.2;

- поріг витривалості в залежності від кількості циклів навантаження і конструкції, що перевіряється;

- поріг витривалості при 2 млн. циклів в МПа – табличні значення, названі категоріями;

- коефіцієнт надійності оцінки порога витривалості:

= 0, 85 – для елементів, руйнація яких не призведе до руйнації мосту;

= 1, 0 – для ключових елементів.

4.2 Розмах напружень незалежно від їх знаку і марки сталі, дозволеної для мостів, вираховується як різниця між найбільшими та найменшими значеннями напружень, знайденими при лінійному аналізі (п.2.1)

. (5)

4.3 Поріг витривалості вираховують, базуючись на табличних значеннях порогів витривалості для порогів 2 млн. циклів для різних конструкцій.

4.3.1 При числі циклів менше 5 млн. відповідний поріг витривалості обчислюється за формулою

. (6)

4.3.2 Поріг витривалості при 5 млн. циклів обчислюється за формулою

. (7)

4.3.3 При числі циклів більше 5 млн відповідний поріг витривалості обчислюється за формулою:

, (8)