Диссертация (1173116), страница 5
Текст из файла (страница 5)
[41]. Испытывали пролетныестроения длиной 15 и 24 метра, выполненные в масштабе 1:6,6.Максимальная нагрузка составляла 60% от разрушающей, число циклов доразрушения не превысило 578 тысяч. Так как интерпретация результатовиспытаний на выносливость масштабных моделей изучена недостаточно,результаты этого исследования сложно трактовать.30В ЦНИИС в 1990 г. Т.К. Гусевой и А.Л. Цейтлиным [29,30] былипроведены исследования работы монолитных стыков и плиты в целом навоздействие статической и циклической нагрузок. Это была первая в странесерьезнаяэкспериментальнаяработапоизучениювыносливостижелезобетонной плиты проезжей части автодорожных мостов. Основная еецель – получение сравнительных данных по несущей способности,выносливости и трещиностойкости плит в зависимости от конструктивнотехнологических особенностей монолитного стыка.
Особое внимание былоуделено работе монолитных стыков при воздействии статической ициклической нагрузок.В ходе исследований были проведены испытания натурных образцовплит проезжей части. Всего было испытано 11 образцов: 5 – на воздействиекратковременной статической нагрузки и 6 – пульсирующей нагрузки.Образцы представляли собой балочные плиты размерами 2600х1000х150 мми монолитными стыками 300 или 1000 мм со свободным опиранием по двумсторонам на расстоянии 300 мм от края плиты (рисунок 4). Половинаобразцов имела сварные выпуски-полупетли, другая половина – не сварные.Один из образцов представлял собой единый блок (без монолитного стыка) ибыл “эталонным”.
Нагрузка размещалась по центру плиты в виде штампа600х200 мм.Проведенные статические испытания показали, что все образцыобладали примерно одинаковой жесткостью, трещинообразование во всехобразцах соответствовало уровню нагрузки в 4 тонны, при этом процесстрещинообразования и нарастания прогибов не зависел от ширины стыка(300 или 1000 мм), от прочности бетона и наличия сварных соединений.31Рисунок 4 – Образец, подготовленный для испытаний и установленный настендеВажно отметить, что рабочая арматура класса АIII была “вынуждено”заменена на арматуру класса А-II, что негативно сказалось на чистотеэксперимента,таккакэтазаменапривелаксущественнойнедоармированности сечения (примерно 25%).
Поэтому разрушение во всехслучаях происходило по нижним арматурным стержням, а разрушениясжатой зоны бетона добиться не удалось. Кроме того замена арматуры классаАIII на арматуру класса AII (с другим периодическим профилем и иноймаркойстали)значительносказаласьнарезультатахработыэкспериментальных образцов на воздействие статических и динамическихнагрузок.По итогам статических испытаний сделан вывод: наличие сварныхсоединений в сетках из арматуры класса АII не влияет на прочностныесвойстваплитнойконструкцииипрактическинесказываетсянахарактеристиках образования трещин – количестве и величине их раскрытия.32Испытания плитных образцов на выносливость проводились напульсационной машине ПМ-50 при коэффициентах асимметрии циклаρ=0,06–0,38.
Так как исследования носили сравнительный характер, былипроведены экспресс-испытания с применением специального режиманагружения. Принятое значение нагрузки для динамических испытанийсоставило 65% от разрушающей, полученной в ходе статических испытаний.В результате ни один образец не прошел 2 млн циклов нагружения.Предельное количество циклов составило 309-884 тысячи.
Зависимостиколичества пройденных циклов от ширины монолитной вставки или наличиясварных соединений не было обнаружено. В итоге был сделан вывод онеудовлетворительной работе стыков и плиты в целом на циклическуюнагрузку.Однако, как показал анализ исследований, образцы, подготовленныедля испытаний, неточно воспроизводят работу плиты реальной конструкции,так как обладают более высокой деформативностью, что значительноизменяет напряженно-деформированное состояние по сравнению с работойреальной конструкции, что особенно заметно в приопорной области, где вреальных балках находятся вуты и ребро балки. Данные факты вместе снедоармированностью сечения и заменой рабочей арматуры класса АIII наарматуруАIIнепозволяютсделатьоднозначныйвыводонеудовлетворительной работе плиты проезжей части на выносливость иотрицательном влиянии сварных соединений.
Тем не менее по результатамэтих исследований в 1991 году в СНиП 2.05.03-84* [76] внесено положение онеобходимости проведения расчетов плиты проезжей части на выносливость,в том числе и для арматуры класса АIII, хотя все испытания выполнялись наарматуре АII.Среди зарубежных исследований важно отметить работу Б. Бэтчелора ссоавторами [98]. В 1978 г. ими были испытаны 35 образцов железобетонныхплит проезжей части на выносливость. В результате испытаний получено:33предел выносливости плит, армированных согласно расчету по прочности пометодике норм США AASHTO [94, 95] втрое, а по методике изотропногоармирования AASHTO [94, 95] вдвое меньше уровня действующих приэксплуатации напряжений.Среди современных зарубежных авторов следует отметить группуученых из Небрасского университета в Омахе (Уиласт Эморн, ЭмгэтДжирджис и Майер К. Тадрос).
В своей работе [97] они рассматриваютвыносливость арматурных стержней со сварными соединениями и без них всоставе железобетонных плит. Ими получено снижение выносливостиарматурыотвоздействиясваркина40-45%ипредложеноусовершенствование метода расчета в AASHTO [94] путем измененияосновного уравнения проверки по арматуре и коэффициентов условияработы. В последующих изданиях AASHTO их предложения учтены вполном объеме [95]. Однако необходимо заметить, что свойства ихарактеристики стали, используемой для арматурных стержней значительноотличаются от отечественных аналогов (отсутствие площадки текучести,значительно меньшие относительные деформации при нагружении).
Такжене рассматриваются характеристики самого процесса сварки.1.4.Анализ методик расчета на выносливость железобетоннойплиты проезжей части автодорожных мостов1.4.1. Обзор требований российских нормРассмотрим изменение методики расчета на выносливость изгибаемыхэлементов железобетонных конструкций в отечественных нормативныхдокументах.Согласно СН 200-62 и СН 365-67 [73, 74] расчет на выносливостьизгибаемыхэлементовжелезобетонныхконструкцийпроводитсяпоформулам:34для бетона′ ≤ и ′ ; (3)для арматуры′ (ℎ − к − ′ ) ≤ ′ , (4)где M – изгибающий момент от нормативных нагрузок;Io – приведенный момент инерции сечения (без учета бетонарастянутой зоны) относительно нейтральной оси;Rи′ - расчетное сопротивление бетона на выносливость;Ra′ - расчетное сопротивление арматуры на выносливость;h – полная высота сечения;x' – высота сжатой зоны;aк – расстояние от оси крайнего ряда арматуры до ближайшейнаружной грани;n' – отношение модулей упругости бетона и арматуры.Расчет на выносливость проводится не по методике предельныхсостояний, а по теории допускаемых напряжений (по законам упругого телаи формулам сопромата) на нормативные нагрузки и с особыми значениямирасчетного сопротивления арматуры и бетона на выносливость.Согласно СНиП 2.05.03-84, СНиП 2.05.03-84* и СП 35.13330.2011 [75,76, 82] расчет на выносливость изгибаемых железобетонных элементовпроводится по формулам:для бетона′ ≤ 1 ; (5)для арматуры35′(ℎ − ′ − ) ≤ 1 , (6)где M – изгибающий момент от нормативных нагрузок с учетомдинамического коэффициента;Ired – момент инерции приведенного сечения (без учета бетонарастянутой зоны) относительно нейтральной оси;Rb – расчетное сопротивление бетона;Rs – расчетное сопротивление арматуры;mb1 – коэффициент условия работы бетона mb1= βb εb;βb – коэффициент, учитывающий рост прочности бетона во времени;εb – коэффициент, зависящий от асимметрии цикла повторяющихсянапряжений;mas1–коэффициент,учитывающийвлияниемногократноповторяющейся нагрузки mas1= βpw εps;βpw – коэффициент, учитывающий влияние на условия работыарматурных элементов наличия сварных стыков или приварки к арматурнымэлементам других элементов;εb – коэффициент, зависящий от асимметрии цикла повторяющихсянапряжений;h – полная высота сечения;x' – высота сжатой зоны;au – расстояние от наружной грани до оси ближайшего ряда арматуры;n' – отношение модулей упругости бетона и арматуры.Расчет согласно СНиП и СП [75, 76, 82] повторяет расчет по СН[73, 74], за исключением того, что стал учитываться динамическийкоэффициент при расчете действующего момента, а к расчетномусопротивлению на прочность были введены понижающие коэффициенты,зависящие от коэффициента асимметрии цикла ρ, возраста бетона и наличиясварных соединений.361.4.2.
Обзор требований зарубежных нормВопросы выносливости железобетонных мостовых конструкций взарубежных нормативных документах освещены достаточно подробно.Рассмотрим основные положения расчета на выносливость в Еврокодах[104, 105, 68, 103, 106, 67, 107] и американском нормативном документеAASHTO [94, 95].Расчетнавыносливостьпролетныхстроенийавтодорожныхжелезобетонных и металлических мостов представлен в EN 1992-1-1, EN1992-2, EN 1993-2 и EN 1993-1-9 [68, 104, 105, 106, 107]. Он основан намоделях нагрузки, описанных в EN 1991-2 [67, 103].
Этот документопределяет пять моделей вертикальной нагрузки для проверки на усталость,используемых в различных ситуациях.Усталостная нагрузка FLM1 основана на нагрузке LM1 (двухоснаятележка и равномерно распределённая нагрузка) с осевыми нагрузками,уменьшенными на 30%, и распределённой нагрузкой, уменьшенной на 70%.FLM2 предполагает наличие одного из пяти «часто встречающихся»грузовиковсопределеннымивесовымиигеометрическимихарактеристиками. Эти модели нагрузки предназначены для определенияминимальных и максимальных напряжений. Если в результате примененияFLM1 или FLM2 алгебраическая разность минимальных и максимальныхнапряжений (интервал напряжений) меньше, чем значение в точке на кривыхS-N для стальных мостов (соответствующего 5 млн приложений нагрузки поEN 1993-1-9 [106]), то предполагается, что предельного значения усталостирассматриваемого элемента достигнуто не будет.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
