Приложение И (рекомендуемое). Расчет конструкций пешеходных настилов из полимерных композитов

Приложение И
(рекомендуемое)

Расчет
конструкций пешеходных настилов из полимерных композитов

Общие положения

Расчет композитных полимерных секций настилов допускается производить в соответствии с действующими нормативными документами (СП 35.13330) с использованием следующего неравенства:

, (И.1)

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

- коэффициент надежности по нагрузке;

- среднее значение сопротивления (деформация) полимерного композита секции настила, которые должны быть приняты по результатам не менее чем 12 испытаний в одной пробе полимерного композита с допустимой отбраковкой 2-х результатов, МПа;

v - 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 (таблица И.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 И.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, в т.ч. вакуумная	1,2	1,4
Пултрузия	1,1	1,3

Обобщенный коэффициент надежности по материалу вычисляют по формуле:

, (И.2)

где: - коэффициент, учитывающий морозостойкость полимерного композита;

- коэффициент, учитывающий влагостойкость конструкций;

- коэффициент, учитывающий термостойкость конструкций;

- коэффициент, учитывающий климатическое старение полимерного композита за время эксплуатации моста;

- коэффициент, учитывающий ползучесть полимерного композита при долговременных нагрузках;

- коэффициент, учитывающий усталость полимерного композита.

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

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

Коэффициенты пересчета для различных факторов	Первое предельное состояние			Второе предельное состояние
	Прочность*	Устойчивость**	Выносливость*	Жесткость**	Динамические воздействия**	Трещиностойкость**
Морозостойкость	х	-	х	-	-	х
Влагостойкость	х	х	х	х	х	х
Термостойкость	х	х	х	х	х	х
Климатическое старение	х	х	х	х	х	х
Ползучесть	х	х	-	х	х	х
Усталость	х	х	х	х	х	х
Примечание: * - Применительно к пределам прочности; ** - Применительно к модулям упругости и сдвига. Для конструкций, изготовленных по технологии вакуумной инфузии, расчет по трещиностойкости не выполняется.

При проектировании конструкций пешеходных мостов следует принимать значения коэффициентов согласно п. 5.2.9 и п. 5.2.10 настоящих рекомендаций.

В расчетах по предельным состояниям первой группы часть неравенства (И.1) следует умножать на коэффициент надежности по ответственности равный 1,1 согласно СП 35.13330.2011 (п. 5.36).

Прочность и выносливость

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

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

а) для симметричных нагрузок () с постоянной амплитудой (R = -1):

(И.3)

где: - расчетное значение прочности полимерного композита при растяжении

- амплитуда напряжений, равная половине разности между максимальным (со знаком "+" для растяжения и "-" для сжатия) и минимальным значением напряжений (со знаком "+" для растяжения и "-" для сжатия) в конструктивном элементе;

k - значение первой производной функции "напряжение - количество циклов" полимерного композита при растяжении в системе десятичных логарифмических осей координат (наклон кривой в логарифмическом представлении).

б) для асимметричных нагрузок с постоянной амплитудой:

(И.4)

где: - среднее значение напряжения, действующего 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.

Значение k определяется по результатам испытаний на выносливость. Допускается на стадии вариантного проектирования использовать значения k в соответствии с таблицей И.3.

Таблица И.3 - Значения параметра k [12]

Вид нагружения	Материал	Значение k
Постоянная амплитуда	Стекло/эпоксидная смола	10
	Стекло/полиэфир	9

Оценку выносливости 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 R (правило Майнера):

(И.5)

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

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

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

Ползучесть

Влияние ползучести на изменение модуля упругости при растяжении рекомендуется производить с использованием номинального (теоретическое) значения коэффициента (таблица И.4) по формуле:

, (И.6)

где: t - продолжительность действия нагрузки, ч;

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

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

- n = 0,04 - для дву- или много направленных армированных слоев полимерных композитов секций настилов;

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

Таблица И.4 - Расчетные значения частного коэффициента

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

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

, (И.7)

где: - коэффициент надежности, по таблице И.4;

к' - 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.

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

Включение в работу каждого типа армирования определятся 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 полимерные композиты секций настилов должны рассматриваться в качестве пакета однонаправленно-армированных слоев с различной ориентацией волокон.

Расчет прогибов

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

Возможность сопротивления прогрессирующему обрушению

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