Приложение А (обязательное). Требования к расчету несущих конструкций пешеходных мостов и путепроводов из полимерных композитов

Приложение А
(обязательное)

Требования к расчету несущих конструкций пешеходных мостов и путепроводов из полимерных композитов

А.1 Общие положения

А.1.1 Расчет конструкций из полимерных композитов проводят в соответствии с действующими нормативными документами* с использованием следующего неравенства

, (А.1)

где S - напряжения (деформации) в конструкции от воздействия нормативных нагрузок, МПа;

- коэффициент надежности по нагрузке;

- средние значения сопротивлений (деформаций) полимерного композита, МПа;

- коэффициент вариации (в долях единицы), характеризующий разброс свойств композитного материала, значения которого должны быть приняты по результатам не менее чем 12 испытаний в одной пробе полимерного композита с допустимой отбраковкой двух результатов. На стадии вариантного проектирования допускается принимать v равным не менее чем 13%;

- коэффициент надежности для технологии изготовления, характеризующий разброс свойств для различных методов изготовления полимерного композита (таблица А.1):

- обобщенный коэффициент надежности по материалу, определяемый с использованием частных коэффициентов, учитывающих влияние различных факторов, снижающих физико-механические характеристики слоистых стеклопластиков в процессе эксплуатации, по формуле (А.2):

, (А.2)

здесь - коэффициент влияния температуры;

- коэффициент, учитывающий увлажнение конструкций;

- коэффициент ползучести стеклопластика для долговременных нагрузок;

- коэффициент усталости стеклопластика;

- коэффициент морозостойкости стеклопластика;

- коэффициент старения стеклопластика за время эксплуатации моста.

Таблица А.1 - Значения коэффициента надежности для различных технологий изготовления конструкций из полимерных композитов

Способ производства	Коэффициент надежности
	Постотвержденный полимерный композит	Полимерный композит без постотверждения
Инфузия (RTM)	1,2	1,4
Вакуумная инфузия (VaRTM)	1,2	1,4
Формование из препрега	1,1	1,3
Пултрузия	1,1	1,3
Ручная выкладка	1,4	1,7

А.1.2 Минимальное значение коэффициента должно быть более 3,0 при расчетах на прочность и более 2,5 при расчете устойчивости конструктивных элементов.

А.1.3 Применение частных коэффициентов и их комбинаций в расчетах по первому или второму предельному состоянию осуществляется в соответствии с таблицей А.2.

Таблица А.2 - Комбинации частных коэффициентов для соответствующих предельных состояний

Коэффициенты пересчета для различных факторов	Первое предельное состояние			Второе предельное	Прогрессирующее разрушение
	Прочность	Устойчивость	Выносливость	Жесткость (прогибы)	Трещиностойкость
Температура	x	x	x	x	x
Влагостойкость	x	x	x	x	x
Ползучесть	x	x	-	x	x
Выносливость	-	x	x	x	x
Морозостойкость	x	-	x	-	x
Старение	x	x	x	x	x

А.1.4 Допускается на стадии вариантного проектирования композитных конструкций пешеходных мостов с последующим экспериментальным подтверждением принимать значения коэффициентов по таблице 4 настоящего стандарта.

А.2 Прочность и выносливость

А.2.1 В расчетах на прочность правую часть неравенства (А.1) следует умножать на коэффициент надежности по ответственности, равный 0,9.

А.2.2 Расчет на выносливость рекомендуется производить в соответствии с неравенством (А.1) без учета коэффициента надежности по нагрузке в зависимости от асимметрии цикла переменной нагрузки , который характеризуется отношением наименьших (со знаком "-" для сжатия) и наибольших (со знаком "+" для растяжения) напряжений.

А.2.2.1 Номинальное (теоретическое) значение расчетного числа циклов () переменной нагрузки с постоянной амплитудой до разрушения полимерного композита допускается определять по формулам:

- для симметричных нагрузок с постоянной амплитудой ( = 1)

(A.3)

где - расчетное значение прочности полимерного композита при растяжении;

, - минимальное и максимальное напряжения соответственно в конструктивном элементе от переменной нагрузки (в данной формуле используются абсолютные значения напряжений);

k - значение первой производной функции "напряжение - деформация" полимерного композита при растяжении в системе десятичных логарифмических осей координат;

- для асимметричных нагрузок с постоянной амплитудой

, (А.4)

где - разница (амплитуда напряжений) между максимальным (со знаком "+" для растяжения и "-" для сжатия) и минимальным значением напряжений (со знаком "+" для растяжения и "-" для сжатия) в конструктивном элементе;

- среднее значение действующего напряжения в цикле;

- расчетная прочность полимерного композита на сжатие или растяжение, выбираемая, в зависимости от знака среднего значения напряжений , действующего в цикле.

А.2.2.2 Оценку выносливости конструктивного элемента при циклических нагрузках с переменными амплитудами допускается выполнять путем выделения и последующего суммирования (численное интегрирование) предельных состояний, каждое из которых имеет одно и то же значение амплитуды напряжений и значение (правило Майнера):

, (A.5)

где М - количество отрезков времени с одинаковыми на данном отрезке значениями амплитуд напряжений и значений ;

- количество циклов внутри каждого отрезка времени с одинаковыми значениями амплитуд напряжений и значений ;

- максимальное допустимое (предельное) количество циклов для данных и .

А.3 Ползучесть

А.3.1 Влияние ползучести на изменение модуля упругости рекомендуется рассчитывать с использованием номинального (теоретическое) значения коэффициента (таблица А.3) по формуле

, (A.6)

где t - продолжительность действия нагрузки, ч;

n - показатель степени, зависящий от типа армирования, при расположении волокон по направлению нагрузки:

- n = 0,01 - для однонаправленно армированных слоев;

- n = 0,04 - для дву- или многонаправленно армированных слоев;

- n = 0,1 - для хаотично-армированных слоев (слоев из мата).

Таблица А.3 - Расчетные значения частного коэффициента

Продолжительность действия нагрузки t, годы	Значение для показателя для степени n
	0,01	0,04	0,1
40 лет	1,14	1,67	3,59
100	1,15	1,73	3,93

А.3.2 Для слоистых стеклопластиков с различной ориентацией в слоях стекловолокон по отношению направления действия нагрузки допускается на предварительных этапах проектирования (с последующим экспериментальным подтверждением) определять обобщенный коэффициент надежности по ползучести по формуле

(А.7)

где - коэффициент надежности, по таблице А.3;

К' - коэффициент, определяемый расчетным путем как отношение деформаций ламината без учета работы волокон, которые расположены не в направлении действия нагрузки к деформациям ламината с полным учетом всех армирующих его волокон.

А.3.3 Для различных типов армирования слоистых стеклопластиков, например комбинацией однонаправленных слоев, ткани или мата, следует определять значение суммарного показателя степени n.

А.3.4 Включение в работу каждого типа армирования определяется путем перемножения, соответствующего данному типу армирования показателя n, на толщину слоя и на процентное содержания волокон в этом слое с последующим делением полученного значения на произведение суммы толщин всех слоев, умноженных на процентное содержание в них волокон (только для ламелей с волокнами, ориентированными по направлению долговременной деформации). Двунаправленно-армированные и разнонаправленно-армированные ламинаты должны рассматриваться в качестве пакета однонаправленно-армированных слоев с различной ориентацией волокон.

А.4 Расчет прогибов

А.4.1 Величины прогибов, определяются от действия нормативных нагрузок с использованием неравенства А.1 (при ), в котором расчетные значения модуля упругости определяются с использованием его средних значений.

А.4.2 Допускается принимать расчетные значения прогибов не более 1/400 L.

А.5 Расчет колебаний

Расчетные значения модуля упругости определяются в соответствии с А.1.1.

А.6 Возможность сопротивления прогрессирующему обрушению

Конструкция и материал конструктивных элементов должны проектироваться с учетом недопущения возможности прогрессирующего обрушения при выходе из строя одного или нескольких конструктивных элементов пешеходного моста в случае экстремальных природных или техногенных воздействий. При этом устойчивость к прогрессирующему разрушению допускается расcчитывать с учетом предельного состояния по трещиностойкости каждого слоя ламината отдельного конструктивного элемента по неравенству (А.1).

______________________________

* В Российской Федерации действует СП 35.13330.2011 "СНиП 2.05.03-84* Мосты и трубы".