Строительство и архитектура \ Металлические мосты

Основные положения проектирования и расчета стальных конструкций мостов. Основные требования к проекту моста. Нагрузки и воздействия. Коэффициенты к нагрузкам, страница 3

Марка стали	Государственный стандарт	Прокат	Толщина проката¹,	Нормативное сопротивление², МПа (кгс/мм²)		Расчетное сопротивление³, МПа (кгс/см²)
			мм	по пределу текучести R_yn	по временному сопротивле-нию R_un	по пределу текучести R_y	по временному сопротивле-нию R_u
16Д	ГОСТ 6713-91	Любой	До 20	235 (24)	370 (38)	215 (2200)	340 (3450)
16Д	ГОСТ 6713-91	«	21-40	225 (23)	370 (38)	205 (2100)	340 (3450)
16Д	ГОСТ 6713-91	«	41-60	215 (22)	370 (38)	195 (2000)	340 (3450)
15ХСНД	ГОСТ 6713-91	«	8-32	340 (35)	490 (50)	295 (3000)	415 (4250)
15ХСНД	ГОСТ 6713-91	Листовой	33-50	330 (34)	470 (48)	285 (2900)	400 (4100)
10ХСНД	ГОСТ 6713-91	Любой	8-15	390 (40)	530 (54)	350 (3550)	470 (4800)
10ХСНД	ГОСТ 6713-91	Листовой	16-32	390 (40)	530 (54)	350 (3550)	470 (4800)
10ХСНД	ГОСТ 6713-91	«	33-40	390 (40)	510 (52)	350 (3550)	450 (4600)
390-15Г2АФДпс	ГОСТ 19282-89	«	4-32	390 (40)	540 (55)	355 (3600)	490 (5000)
390-14Г2АФД	ГОСТ 19282-89	«	4-50	390 (40)	540 (55)	355 (3600)	490 (5000)
40Х13	ГОСТ 5632-72	Круглый	До 250	1200 (122)	1540 (157)	1050 (10700)	1365 (13900)

Кроме проката для мостов применяют также отливки и поковки из углеродистой и легированной стали. Расчетные сопротивления для отливок следует принимать по табл. 51* СНиП. А для поковок – по табл. 52*.

Кроме механических свойств – предел прочности, предел текучести и относительное удлинение для мостовых сталей важным показателем является критерий ударной вязкозти. Ударная вязкозть характеризует склонность стали к хрупкому разрушению. Это разрушение значительно опаснее пластического, т.к. происходит внезапно, без видимых пластических деформаций. Вероятность хрупкого разрушения возрастает с понижением температуры и ростом концентрации напряжений в опасных сечениях.

Величину ударной вязкозти (работу удара) определяют на стандарнных образцах размером 55х10 мм с концентратором типа V и типа U. Существуют также испытания образцов типа T – это V-образные с трещиной. Число циклов испытаний при получении трещины должно быть не менее 3000.

Испытания проводят стандартным копром с максимальной энергией удара маятника 294 Дж (30 кгс м). Ударную вязкозть обозначают сочетанием трех букв KCU, KCV, KCT. Цифра после букв обозначает удельную работу удара, необходимую для разрушения образца.

КС=К/S0. В числителе формулы – работа удара Дж (кгс м), в знаменателе – начальная площадь образца в месте концентратора м2 (см2).

В результате многократного приложения нагрузки в элементах мостовых конструкций могут возникнуть и постепенно развиваться усталостные микротрещины. На определенной стадии их развития возможно полное разрушение отдельных элементов и в итоге конструкция может разрушиться целиком.

См. фото с моста Лейтенанта Шмидта.

Усталостное разрушение отличается от статического рядом характерных особенностей. Оно может вызываться относительно невысокими напряжениями »30…60% от предела прочности стали, а при знакопеременных силовых воздействиях оно может начинаться и при более низких напряжениях.

Возможные места зарождения микротрещин – зоны концентрации напряжений в местах резкого изменения сечений: выкружек, отверстий, переходов сварных швов на основной металл, дефектов стали и сварных швов. Коррозионные повреждения, язвы, царапины на поверхности металла также могут существенно уменьшить сопротивляемость усталости.

Одним из основных показателей сопротивлению материала усталости является циклическая долговечность – число циклов приложения нагрузки, выдержанное конструкцией до образования усталостной трещины определенных размеров, или до полного разрушения.

Связь между максимальным напряжением цикла smax и циклической долговечностью N в графическом виде представляет собой кривую усталости, которую обычно аппроксимируют двумя отрезками прямых линий – круто падающим и горизонтальным.

Напряжение sR, отвечающее горизонтальному участку кривой усталости называют предел выносливости.

Т.е. если действующее напряжение ниже, то металл не разрушится при сколь угодно большом количестве циклов.

Расчет на выносливость условно проводится после 2 млн. циклов нагружения. Для этого же числа циклов построены диаграммы выносливости и выведены расчетные формулы, положенные в основу расчета мостовых конструкций на выносливость.

Коэффициентом асимметрии цикла называется отношение абсолютных величин наименьших напряжений к наибольшим (со своими знаками). Экспериментальные данные показывают, что долговечность некоторых соединений в несколько раз ниже долговечности стального проката. Предел выносливости и долговечность уменьшаются с увеличением концентрации напряжений в исследуемом сечении и переходом от нагружения переменными растягивающими усилиями (r=smin/smax>0) к нагружению знакопеременными, т.е. растягивающе-сжимающими усилиями (r=smin/smax<0)

Оценка влияния концентрации напряжений на выносливость соединений основана на использовании т.наз. эффективного коэффициента концентрации напряжений.

b=s-1/s-1к, где s-1 и s-1к – пределы выносливости образца без концентратора и с концентратором, при нагружении знакопеременными усилиями, с характеристикой цикла r=-1.

За предельное состояние в расчетах на выносливость принимают появление усталостной трещины в материале элемента или соединении. Эффективные коэффициенты концентрации напряжений b приведены в приложении 17 СНиП 2.05.03-84*.

Основные величины следующие:

b=1 – по основному металлу, при обработанных кромках;

b=1,2 – по основному металлу, при кромках, обрезанных газом;

b=1,8 – по границе флангового, или углового шва ребра жесткости;

b=7,1 – по листу настила ортотропной плиты в зоне перехода к потолочному угловому шву внахлестку.

Расчет на выносливость выполняется по формулам:

smax,ef≤gw Ry m

tmax,ef≤0.75gw Ry m

smax,ef – абсолютное наибольшее нормальное напряжение (растягивающее – положительное);

tmax,ef – абсолютное наибольшее скалывающее напряжение при расчете угловых швов на срез.

gw– коэффициент, рассчитываемый по формуле:

gw=1/{x u [(a b ±d)-(a b ±d)r]}£1

Входящие в эту формулу составляющие зависят от типа моста (а/д или ж/д), длины загружения линии влияния, марки стали и коэффициента асимметрии цикла). Подробно см. п.4.57 СНиП 2.05.03-84*.

m- коэффициент условий работы по табл.60 СНиП

Напряжения smax,ef и tmax,ef следует определять по формулам СНиП от нормативных нагрузок, с введением к временной нагрузке коэффициента динамики 1+2/3µ

Мероприятия по снижению концентрации напряжений:

- механическая обработка сварных соединений;

- плавные изменения сечений с переходами по толщине и ширине листов 1:8 (1:4);

- конструктивные формы фасонок;

- УЗД-контроль сварных соединений;

- нормирование размеров выкружек и переходов по ширине листов поясов;

- применение в/п болтов взамен сварки (особенно в ж.д. мостах);

- назначение роспусков и технологической последовательности сварки соединений.

1 2 3

Скачать файл