Приложение А (обязательное). Расчет секций настилов по предельным состояниям

Приложение А
(обязательное)

Расчет
секций настилов по предельным состояниям

А.1 Общие положения

А.1.1 Расчет композитных полимерных секций настилов проводят в соответствии с нормативными документами* с использованием следующего неравенства:

,

(А.1)

где - напряжение (деформация) в секции настила от воздействия нормативных нагрузок;

- коэффициент надежности по нагрузке;

- среднее значение сопротивления (деформация) полимерного композита секции настила;

- коэффициент вариации (в долях единицы), характеризующий разброс свойств полимерного композита секции настила;

- коэффициент надежности для технологии изготовления, характеризующий разброс свойств для различных методов изготовления полимерного композита секций настилов (см. таблицу А.1);

- обобщенный коэффициент надежности по материалу, определяемый с использованием частных коэффициентов, учитывающих влияние различных факторов, снижающих физико-механические характеристики полимерного композита секций настилов в процессе эксплуатации.

Значение коэффициента вариации v принимают по результатам не менее чем 12 испытаний в одной пробе полимерного композита с допустимой отбраковкой двух результатов. На стадии вариантного проектирования допускается принимать коэффициент вариации v равным не менее 13%.

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

Способ производства	Коэффициент надежности
	Постотвержденный полимерный композит секций настилов	Полимерный композит секций настилов без постотверждения
Инфузия	1,2	1,4
Вакуумная инфузия	1,2	1,4
Пултрузия	1,1	1,3

Обобщенный коэффициент надежности по материалу вычисляют по формуле:

,

(А.2)

где - термостойкость

- влагостойкость;

- ползучесть;

- стойкость к циклическому нагружению;

- морозостойкость;

- стойкость к климатическому старению.

А.1.2 Минимальное значение коэффициента должно быть не менее 2,0 при расчетах на прочность и не менее 2,5 при расчете устойчивости секций настилов.

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

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

Коэффициенты пересчета	Первое предельное состояние			Второе предельное состояние
	Прочность	Устойчивость	Выносливость	Жесткость	Трещиностойкость
Термостойкость	х	х	х	х	х
Влагостойкость	х	х	х	х	х
Ползучесть	х	х	-	х	х
Стойкость к циклическому нагружению	-	х	х	х	х
Морозостойкость	х	-	х	-	х
Стойкость к климатическому старению	х	х	х	х	х

А.1.4 Допускается на стадии вариантного проектирования полимерных композитных секций настилов с последующим экспериментальным подтверждением принимать значения коэффициентов - по таблице 4 и пунктам 5.1.8 - 5.1.10 настоящего стандарта.

А.2 Прочность и выносливость

А.2.1 В расчетах на прочность левую часть неравенства (А.1) следует умножать на коэффициент 1,1.

А.2.2 Расчет на стойкость к циклическому нагружению рекомендуется проводить 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.2.3 Номинальное (теоретическое) значение расчетного числа циклов () переменной нагрузки с постоянной амплитудой до разрушения полимерного композита секций настилов допускается определять по формулам:

- для симметричных нагрузок с постоянной амплитудой ():

,

(А.3)

где - расчетное значение предела прочности полимерного композита секций настилов (принимается меньшее по модулю значение прочности композита при растяжении или сжатии), МПа;

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

- значение первой производной функции "напряжение - количество циклов" полимерного композита секций настилов 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 напряжений, действующее в цикле;

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

Количество циклов знакопеременных напряжений, возникающих в секциях настилов, допускается устанавливать на основании данных мониторинга за фактически эксплуатируемыми композитными настилами или с использованием аппарата численного моделирования пешеходных и автомобильных потоков, пропускаемых по данному сооружению.

А.2.4 Оценку стойкости к циклическому нагружению секций настилов при циклических нагрузках с переменными амплитудами допускается выполнять путем выделения и последующего суммирования (численное интегрирование) предельных состояний, каждое из которых имеет одну и ту же величину амплитуды напряжений и значение (правило Майнера):

,

(А.5)

где - 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 Учет изменения модуля упругости во времени (ползучесть) рекомендуется проводить с использованием номинального (теоретического) значения коэффициента (таблица А.3) по формуле:

,

(А.6)

где - продолжительность действия нагрузки, ч;

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

- n = 0,01 - для однонаправленно-армированных слоев полимерных композитов секций настилов;

- n = 0,04 - для дву- или многонаправленно-армированных слоев полимерных композитов секций настилов:

- n = 0,10 - для хаотично-армированных слоев полимерных композитов секций настилов.

Таблица А.3 - Расчетные значения частного коэффициента

Продолжительность действия нагрузки t	Значение для показателя для степени
	0,01	0,04	0,10
50 лет	1,14	1,68	3,67

А.3.2 Для полимерного композита секций настилов с различной ориентацией в слоях армирующего наполнителя по отношению к направлению действия нагрузки допускается на предварительных этапах проектирования (с последующим экспериментальным подтверждением) вычислять обобщенный коэффициент надежности по ползучести () по формуле:

,

(А.7)

где - коэффициент надежности, по таблице А.3;

- коэффициент, равный отношению деформаций полимерного композита секций настилов без учета работы волокон, которые расположены не в направлении действия нагрузки к деформациям полимерного композита секций настилов с полным учетом всех армирующих его волокон.

А.3.3 Для различных типов армирования полимерных композитов секций настилов, например комбинацией однонаправленных слоев, ткани или мата, следует определять значение суммарного показателя степени .

А.3.4 Включение в работу каждого типа армирования определяют путем умножения 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). Двуналравленно-армированные и разнонаправленно-армированные полимерные композиты секций настилов должны рассматриваться в качестве пакета однонаправленно-армированных слоев с различной ориентацией волокон.

А.4 Расчет прогибов

Величины прогибов определяют от действия подвижных временных вертикальных нагрузок и постоянных нормативных нагрузок с использованием неравенства (А.1), в котором расчетные значения модуля упругости определяют с использованием средних значений модуля упругости при изгибе.

А.5 Возможность сопротивления прогрессирующему обрушению

Конструкцию и материал секций настилов следует проектировать с учетом недопущения возможности прогрессирующего обрушения при выходе из строя одного или нескольких элементов настила в случае экстремальных природных или техногенных воздействий.