Проверка выносливости мостовых конструкций
|
Для мостовых конструкций, работающих под многократно повторными воздействиями временных вертикальных нагрузок, проверка выносливости часто должна являться одной из наиболее важных. Однако расчеты на выносливость разработаны в настоящее время значительно слабее, чем расчеты на прочность, и поэтому пока они занимают несколько подчиненное положение. В соответствии с требованиями Технических условий CH 200-62 расчеты на выносливость выполняют в железнодорожных сталежелезобетонных мостах для стальной и железобетонной частей конструкции, а также для конструкций объединения железобетона со сталью, а в автодорожных и городских мостах — только для стальной части и для сварных прикреплений в конструкциях объединения. При этом замоноличенную высокопрочную арматуру относят к железобетонной части конструкции, а расположенную открыто — к стальной части. В некоторых случаях предельное состояние по выносливости, по-видимому, может иметь практическое значение и для железобетонных частей автодорожных и городских мостов. Однако соответствующие исследования пока еще не проведены и методы расчета не получены. Между расчетами на прочность и выносливость имеются различия, во-первых, в нагрузках, во-вторых, в принимаемых деформативных свойствах бетона и некоторых особенностях определения напряжений для стальных конструкций (например, с учетом жесткости узлов) и, в-третьих, в сопротивлениях. He лишне здесь отметить, что первые две группы различий введены в практику расчетов недавно, одновременно с введением методики предельных состояний. Расчеты на выносливость ведут только при основном сочетании нагрузок и воздействий. Расчеты на выносливость сталежелезобетонных поперечных сечений состоят в определении напряжений σмакс и σмин и в проверке выносливости стали и сжатого бетона по соответствующим сниженным расчетным сопротивлениям, зависящим от р = σмин/σмакс. Для расчетов на выносливость интегральные внешние силовые факторы M и N b сечении определяют от соответствующих этим расчетам нагрузок в большинстве случаев (за исключением случаев необходимости учета жесткости узлов и других особенностей) так же, как и для расчетов на прочность, по той же расчетной схеме и тем же линиям влияния, т. е. с учетом упругой работы всего бетона с обычным модулем Ef, (а также с учетом ползучести бетона и обжатия поперечных швов в статически неопределимых системах). Напряжения σмакс и σмин в сталежелезобетонных сечениях, не имеющих плиты с замоноличенной арматурой из высокопрочной проволоки, определяют при учете только сжатого (при рассматриваемом загружении) бетона, причем бетон всегда полагают работающим упруго, а его модуль упругости принимают: - резко сниженной величины Eю' — в железнодорожных мостах в случаях, когда временная нагрузка увеличивает сжатие в бетоне; - обычной величины Еб — в остальных случаях, т. е. в железнодорожных мостах, когда временная нагрузка уменьшает сжатие в бетоне, и всегда в автодорожных и городских мостах. Если при определении σмакс или σмин с учетом всего бетона в крайней фибре плиты появляется растягивающее напряжение, то для окончательного определения искомого напряжения из состава сечения удаляют обычно (для упрощения расчета) весь бетон соответствующей плиты. Однако при высоких железобетонных ребрах целесообразно удалять из состава сечения только растянутый бетон и определять σмакс или σмин аналогично тому, как это делают в таких случаях в железобетонных мостовых конструкциях, с использованием классической теории железобетона. Для проверки выносливости (по σмакс) того бетона, который выключается при растягивающем σмин, принимают р = 0. В плите с замоноличенной арматурой из высокопрочной проволоки временная нагрузка обычно уменьшает сжатие в бетоне, и модуль его упругости принимают обычно равным Eб. Однако в бетоне такой плиты при расчете на выносливость проверяют не только сжимающие, но и растягивающие напряжения, которые не должны превосходить специального расчетного сопротивления бетона растяжению Rp. В этих ограниченных пределах и учитывают работу бетона на растяжение. Упругую работу бетона и состав сечения в расчетах на выносливость принимают независимо от того, по какому расчетному случаю проверяют прочность этого сечения. Принятие в расчетах на выносливость обычного модуля упругости бетона Eб в тех случаях, в которых бетон испытывает многократно повторные разгрузки при воздействиях временных нагрузок, оправдано тем, что бетон при разгрузках действительно работает упруго. Пластические деформации бетона проявляются при этом в виде ползучести под постоянными воздействиями, обжимающими бетон. Следовательно, в этих случаях проверки выносливости необходим полный учет ползучести бетона (а также обжатия поперечных швов) и соответствующего перераспределения напряжений. Снижением расчетного модуля упругости бетона при многократном его сжатии в железнодорожных мостах учитывают действительное снижение его модуля и накопление пластических деформаций при приближении к усталостному разрушению, т. е. явление виброползучести бетона. Модуль Eб является по существу модулем предельной деформативности бетона. Отношение n' = Ec/Eб' принимают по Техническим условиям CH 200-62 равным от 25 при марках бетона 200 и 250 до 10 при марке 500 и выше, т. е. в 3,4—1,8 раза больше отношения n1 = Ec/Eб по табл. 11. Явления виброползучести и ползучести бетона по своей природе имеют много общего. Перераспределение напряжений между бетоном и сталью, учитываемое введением модуля Еб', во всяком случае покрывает аналогичное перераспределение от ползучести под постоянными воздействиями. Поэтому в тех случаях, когда выносливость проверяют, принимая модуль Еб', внутренние напряжения от ползучести бетона (и от обжатия поперечных швов) не учитывают. Если количество повторений ниже принятого при определении предела выносливости (обычно 2*10в6), то итоговые деформации в бетоне будут много меньше, и полного перераспределения напряжений между бетоном и сталью не произойдет. Именно поэтому для автодорожных и городских мостов расчеты на выносливость ведут сейчас с модулем упругости Eб (впредь до проведения детальных исследований). Если напряжения σмакс в бетоне далеко не достигают предела выносливости, то перераспределение напряжений между бетоном и сталью даже в результате полного количества загружений не произойдет настолько, чтобы модуль снизился до величины Eб'. Поэтому модуль Eб' и в железнодорожных сталежелезобетонных мостах следует применять в вышеуказанных случаях только для проверки выносливости самого бетона, а для проверки выносливости стали — только тогда, когда выносливость бетона полностью используется. Если же выносливость бетона недоиспользуется, то для определения напряжений σмакс встали следовало бы принимать бетон с модулем упругости промежуточной величины между Eб' и Eбю Это учитывают сейчас приближенно введением при проверке выносливости стали коэффициентов условий работы m' (см. ниже). Сниженные расчетные сопротивления стали и бетона для проверки выносливости принимают, как известно, уRи,с для стальных конструкций (при преобладании напряжений изгиба над напряжениями от осевых сил) и koR'и,б Для сжатого бетона (при наличии напряжений изгиба). Сниженные расчетные сопротивления для обычной и высокопрочной арматуры тоже принимают такими же, как и для железобетонных мостовых конструкций. Формулы проверки выносливости простого объединенного сечения типа Cl, работающего в две стадии на воспринятие положительного изгибающего момента в железнодорожном пролетном строении, имеют вид:  Введение приближенных коэффициентов т' покрывается существенными запасами выносливости, имеющимися в стали объединенной балки вследствие той ее особенности, что в начальный период повторных воздействий действительные напряжения в стали оказываются меньше вычисляемых, а коэффициент режима нагрузки, закладываемый в величину y, принимается для объединенных балок таким же, как и для чисто стальных мостовых конструкций.  Никаких коэффициентов m' при проверке выносливости бетона вводить не следует. В начальный период повторных воздействий напряжения в бетоне оказываются больше σбф и могут превышать величину kpR'и,б (минимально вероятный предел выносливости), однако это не опасно, так как в отношении напряжений в бетоне конструкция как бы обладает свойством саморегулирования. Действительно, чем больше вначале будут напряжения в бетоне, тем быстрее они снизятся. Если они окажутся ниже предела выносливости ранее достижения предельной деформативности, то последняя вообще не будет достигнута и разрушения бетона не произойдет. Таким образом, формула (103), в которой бетон объединенного сечения полагают обладающим предельной деформативностью, правильно используется для проверки выносливости бетона этого сечения. |
