Нормативная оценка надёжности и долговечности металлических мостов, страница 2

Нормативная оценка остаточного ресурса металлических пролётных строений

Остаточный ресурс определяют  исходя  из вероятности возникновения усталостной трещины, равной 2% по формуле:

 ;

где:   – величина наработки, соответствующая  вероятности образования усталостной трещины 2%.

 – пропущенный по мосту на данный момент тоннаж.

Величина  определяется по результатам обследований для конкретных типов пролётных строений линейной экстраполяцией.

Указанная методика справедлива в том случае, если режим эксплуатации не изменяется. Если же предполагается изменение типов обращающихся поездов, то необходимо учесть то, что различные виды поездной нагрузки имеют разную интенсивность погонной нагрузки  и вызывают различную интенсивность усталостных повреждений. Это учитывается специальными коэффициентами наработки, при этом для определения ресурса приведённая формула должна быть скорректирована:

 ;

где K – коэффициент, приводящий усталостное воздействие интенсивной нагрузки к  обращающейся.

 ;

где  и  – количество обращающихся и перспективных поездов, требующихся для перевозки одного и того же тоннажа.

 и  – коэффициенты наработки соответственно обращающейся и перспективной нагрузки.

Длину поездов при введении новой нагрузки можно принять равной длине старой, т.к. длина поездов определяется длиной приёмо-отправочных путей. Поэтому для одного и того же тоннажа Qможно написать:

  ;

где  – вес одного поезда обращающейся нагрузки;

 – вес одного поезда перспективной нагрузки;

 и – интенсивность погонной нагрузки обращающихся и перспективных поездов.

Отсюда:

 ;

После этого:

;

Величины коэффициента наработки для различных типов вычислены заранее и приведены в таблицах.

Нормативная методика оценки эффективности усиления узлов главных ферм заменой заклёпок на высокопрочные болты.

Т.к. ресурс обратно пропорционален  величине усталостных повреждений от действия нагрузки, то

 ;

где  – остаточный ресурс заклёпочных соединений;

 и   – повреждения от действия одного расчётного поезда в элементах главных ферм соответственно клёпаными и клёпано-болтовыми стыками.

Величины  и  могут быть найдены по формуле (*) в зависимости от параметров, прямо или косвенно входящих в неё  – напряжений σ, действующих в элементах; теоретического коэффициента концентрации напряжений α_σ и др. Для уменьшения объёмов расчётов величины  и   табулированы и представлены в табличной форме.

При составлении таблиц было принято, что отношение   не изменится при изменении нагрузки и прочих неизменимых параметрах. Поэтому  и  вычислены не для всех возможных вариантов схем поездной нагрузки, а для некоторого условного поезда, принятого за расчётный.

Оценка ресурса элементов железобетонных мостов

Срок службы железобетонных  элементов, так же как и элементов металлических мостов, определяется процессом накопления микроразрушений (усталостных повреждений) под действием многократно повторяющейся нагрузки. Однако процессы, происходящие при этом, ещё более сложны, чем в металле, что делает задачу чрезвычайно сложной.

Процесс разрушения бетона начинается до достижения макродеформаций  и макронапряжений критических величин, при этом образуются необратимые микротрещины, направленные вдоль действующих сжимающих сил.

При многократно повторном воздействии нагрузки концентрация  σ на концах трещин способствует процессу разрыхления материала, нарушению его сплошности и снижению прочности. Часть площади бетона под нагрузкой постепенно выключается из работы, перестают оказывать сопротивление внешней силе. Полное разрушение наступает тогда, когда для сохранившейся части сечения статическая прочность окажется равной величине повторной нагрузки.

Наблюдаемый механизм  разрушения бетона свидетельствует о том, что важную роль играют поперечные деформации бетона (трещины – вдоль действия напряжений). Развитие микроразрушений влияет на изменение коэффициента поперечной деформации µ. До образования микротрещин µ сохраняет своё постоянное начальное значение µ_н. После начала трещинообразования (σ > σ_т⁰) коэффициент µ начинает расти вплоть до величины µ_к, соответствующий моменту разрушения.

На основе экспериментальных исследований была найдена зависимость срока, выраженного в единицах базового числа цикла N=2×10⁶ (2 млн. циклов), от важнейших параметров, определяющих долговечность. Такими параметрами являются:

 – м.о. напряжение от полной расчётной нагрузки.

R_пр – призменная прочность бетона;

  – относительный уровень постоянной нагрузки;

 – м.о. напряжение от постоянной нагрузки;

Т – срок службы;

n₁ – число циклов за единицу времени (за год);