Приложение И (обязательное). Расчет несущих конструкций пешеходных мостов и путепроводов из полимерных композитов по предельным состояниям

Приложение И
(обязательное)

Расчет
несущих конструкций пешеходных мостов и путепроводов из полимерных композитов по предельным состояниям

И.1 Общие положения

И.1.1 В основу надежности расчета несущих конструкций из полимерных композитов положено следующее основное неравенство:

,

(И.1)

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

- коэффициент надежности по нагрузке;

R - нормативные значения сопротивлений (деформаций) полимерного композита, МПа;

- коэффициент надежности по материалу;

- специальный коэффициент пересчета.

Коэффициент надежности по материалу определяется как произведение:

,

(И.2)

где - частный коэффициент, учитывающий неопределенность при определении свойств материала в процессе испытаний и равный 1,35;

- частный коэффициент, учитывающий неопределенность свойств материала, обусловленную способом изготовления изделия (таблица И.1).

Для ламинатов, изготовленных с последующим отверждением методом вакуумной инфузии, значение = 1,2.

Минимальное значение коэффициента должно быть не менее 1,5 при расчете прочности и не менее 2,5 при расчете устойчивости.

Таблица И.1 - Значения коэффициента надежности в зависимости от метода изготовления конструкции

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

С помощью специального коэффициента пересчета учитывается неблагоприятное воздействие температуры, влажности и морозостойкости, длительное действие нагрузки (ползучесть) и циклическое действие нагрузки (усталость) на полимерный композит.

Коэффициент пересчета определяется из произведения частных коэффициентов:

,

(И.3)

где - частный коэффициент, учитывающий влияние температуры;

- частный коэффициент, учитывающий влияние влажности;

- частный коэффициент, учитывающий влияние ползучести;

- частный коэффициент, учитывающий влияние усталости;

- частный коэффициент, учитывающий влияние пониженных температур (морозостойкость).

Применение частных коэффициентов и их комбинации при расчете по первому или второму предельному состоянию осуществляется в соответствии с таблицей И.2.

Таблица И.2 - Комбинации частных коэффициентов пересчета для соответствующих предельных состояний

Коэффициенты пересчета	Первое предельное состояние			Второе предельное состояние
	Прочность	Устойчивость	Выносливость	Жесткость	Вибрации	Первая трещина
По температуре	х	х	х	х	х	х
По влажности	х	х	х	х	х	х
По ползучести	х	х	-	-	-	х
По выносливости	-	х	х	х	х	х
По морозостойкости	х	-	х	-	-	х

Частный коэффициент, учитывающий влияние температуры = 1.

Частный коэффициент, учитывающий влияние влажности для конструкций, находящихся в условиях переменной влажности = 1,1.

Частный коэффициент, учитывающий влияние усталости = 1,1.

Частный коэффициент, учитывающий влияние пониженных температур (морозостойкость), = 1,07.

И.1.2 Частный коэффициент , учитывающий влияние ползучести, следует применять для долговременных нагрузок на конструкцию и рассчитывать по формуле:

,

(И.4)

где t - продолжительность нагрузки, ч;

n - показатель степени, зависящий от типа армирования.

Продолжительность нагрузки для 100 лет эксплуатации = 876600 ч, для 40 лет эксплуатации = 350640 ч.

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).

Расчетные значения частного коэффициента для однонаправленно-армированных слоев полимерного композита, дву- или многонаправленно-армированных слоев и хаотично-армированных слоев (слоев из мата) приведены в таблице И.3.

Таблица И.3 - Значения частного коэффициента , в зависимости от времени действия нагрузки

Продолжительность действия нагрузки t, ч	Значение частного коэффициента для показателя степени n
	0,01	0,04	0,1
876600 (100 лет)	1,15	1,73	3,93
350640 (40 лет)	1,14	1,67	3,59

И.1.2.1 Для материала с различной ориентацией волокон, в том числе комбинированных с матом, частный коэффициент определяется по формуле (И.4).

И.1.2.2 Рассчитываются деформации исследуемого материала в направлении действия долговременной нагрузки. В расчете не принимаются слои, волокна которых не ориентированы по направлению долговременной нагрузки, и производится второй расчет деформаций от долговременной нагрузки.

И.1.2.3 Определяется коэффициент увеличения деформаций как отношение деформаций, полученных из второго расчета к первому.

И.1.2.4 Обобщенный расчетный коэффициент надежности по ползучести равен произведению коэффициента увеличения деформаций на коэффициент ползучести, полученный по формуле (И.3).

И.1.2.5 В том случае, если армирование волокном в направлении действия долговременной нагрузки различается по типу армирования, например, комбинацией однонаправленных слоев, ткани или мата, то должно быть определено значение суммарного показателя степени n.

И.1.2.6 Включение в работу каждого типа армирования определяется путем перемножения, соответствующего данному типу армирования показателя n, на толщину слоя и на процентное содержание 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.

И.2 Расчет на прочность и устойчивость

И.2.1 Основное неравенство при расчете на прочность записывается в следующем виде:

,

(И.5)

где - коэффициент надежности по ответственности;

- напряжения (деформации) от нормативных величин нагрузок, МПа;

- коэффициент надежности по нагрузке.

Значение коэффициента надежности по ответственности должно быть = 1,1.

И.2.1.1 Нормативные значения сопротивлений (деформаций) R, МПа, полимерного композита определяются по формуле:

,

(И.6)

где - нормативное значение сопротивления, МПа;

- среднее значение сопротивления, МПа;

- фактический коэффициент вариации.

Фактический коэффициент вариации определяется по результатам испытаний не менее чем 50 образцов.

Коэффициенты и определяются в соответствии с И.1.1.

И.2.2 Расчеты на устойчивость выполняются в соответствии с требованиями приложения А. При проверке устойчивости элементов композитных конструкций, напряжения определяются от расчетных нагрузок. Определение критической нагрузки определяется с учетом введения к модулю упругости соответствующих коэффициентов надежности по И.1.1.

И.3 Расчет на выносливость

Расчеты на выносливость выполняются в соответствии с требованиями приложения А.

Величины напряжений, используемые при определении расчетного количества циклов нагружения, определяются от действия нормативных нагрузок. Полученные, таким образом, напряжения должны удовлетворять условию по выносливости:

.

(И.7)

Коэффициенты и определяются в соответствии с И.1.1.

Расчетное количество циклов нагружения определяется в соответствии с приложением К.

И.4 Расчет по жесткости и вибрациям

И.4.1 Расчеты на жесткость выполняются в соответствии с требованиями приложения А. Величины прогибов, определяемые при проверке жесткости, определяются от действия нормативных нагрузок.

При проверке жесткости коэффициент вводится к нормативному значению модуля упругости . Нормативные значения модулей упругости определяются стандартными испытаниями образцов ламинатов.

Таким образом, расчетное значение модуля E, МПа, определяется по формуле:

,

(И.8)

где - нормативное значение модуля упругости, МПа;

- коэффициент условий работы.

Коэффициент условий работы равен 1,1.

Коэффициент определяется в соответствии с И.1.1.

Полученные, таким образом, прогибы должны удовлетворять условию по жесткости:

,

(И.9)

где - фактический прогиб от нормативных нагрузок, мм;

- расчетное значение прогиба от действия нормативных нагрузок с учетом жесткости (И.8), мм.

И.4.2 Расчет на вибрации

Динамические расчеты выполняются в соответствии с требованиями приложения А. Расчетные значения амплитудно-частотных характеристик пролетного строения определяются для двух случаев: с нагрузкой от пешеходов и без нее.

Коэффициент вводится к модулю упругости при определении амплитуды и собственных частот колебаний в соответствии с И.1.1.

В соответствии с [1] (подпункт 6.21) динамический коэффициент к вертикальным подвижным нагрузкам для пешеходных мостов принимается (1 + ) = 1.

И.5 Для оценки напряжений в каждом слоеламината необходимо использовать следующий критерий:

,

(И.10)

где - напряжение в рассматриваемом направлении от воздействия постоянных и временных нагрузок, МПа;

- максимально допустимое напряжение в рассматриваемом направлении, МПа.

И.5.1 Для учета многоосности напряженно-деформированного состояния элементов конструкции из полимерных композитов следует использовать критерий максимальных напряжений.

И.5.2 Критерий разрушения (по первому предельному состоянию), так называемый "последний слой", допускается использовать, если имеет место повреждение несущих конструкций.

При использовании критерия разрушения "последний слой" ранее разрушенные слои ламината не учитываются при оценке остаточной прочности ламината несущих конструкций.