CC BY
1
ВЛИЯНИЕ УСТАЛОСТНЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ В ЭЛЕМЕНТАХ ОБЪЕДИНЕНИЯ НА ОБЩУЮ НАДЕЖНОСТЬ СТАЛЕЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ
В.М. Золотов, студент
Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет (Россия, г. Санкт-Петербург)
DOI:10.24412/2500-1000-2024-10-2-97-100
Работа выполнена в рамках темы НИР № 16С24 при финансовой поддержке гранта СПбГАСУ.
Аннотация. В данной работе рассматривается необходимость учета усталостных повреждений элементов объединения на общую надежность сталежелезобетонных пролетных строений. В статье рассмотрены исследования на тему зависимости сдвиговой жесткости гибких штыревых упоров от показателя накопленных повреждений, влияния снижения сдвиговой жесткости элементов объединения на эксплуатационную надежность и надежность по I группе предельных состояний. Сделаны выводы о необходимости учета накопления усталостных повреждений в упорах сталежелезобетонных пролетных строениях при определении количественных показателей общей надежности для мостовых сооружений, на которые действуют временный циклические нагрузки.
Ключевые слова: мост, сталежелезобетон, надежность, усталость, элемент объединения.
В работе [1] рассматриваются причины обрушения мостов. Значительная часть обрушений рассмотренных сооружений произошла из-за отказов различных элементов из-за усталостных разрушений. Говоря об элементах объединения стальной балки и железобетонной плиты в сталежелезобетонных мостах, следует упомянуть обрушение разрезного пролетного строения в 2015 в г. Вельск [2]: одна из вероятных причин - это отказ элементов объединения. В целом тема влияния выносливости элементов конструкций пролетных строений на общую надёжность исследована в достаточной мере, например в работах [3-5] приведены результаты исследований влияния выносливости главных несущих элементов на надежность пролетного строения. Во всех указанных работах рассматривался отказ элемента ввиду исчерпания его выносливости, который приводил к отказу всей системы по критерию первой группы предельных состояний. В то же время вопрос выносливости элементов объединения стальных балок и железобетонной плиты является малоизученным.
Кроме того, ремонт элементов объединения требует значительных трудозатрат и введение ограничений или полного прекращения движения по мостовому сооружению. Ввиду указанных факторов исследование зависимости надежности пролетных строений от усталостных разрушений элементов объединения является важной и актуальной проблемой.
Материалы и методы
На мостовые сооружения действуют временные вертикальные циклические нагрузки различной интенсивности, что приводит к усталостным повреждениям различных конструкций, в том числе элементов объединения в сталежелезобетонных пролетных строениях. Экспериментальное исследование [6] показало, что при высокой интенсивности движения тяжелых транспортных средств существуют значительные риски разрушения гибких штыревых упоров ввиду накопления ими усталостных повреждений. Согласно исследованию [7] сдвиговая жесткость гибких штыревых упоров снижается минимум в 2 раза при достижении показателя накопленных повреждений 0,2 (рис. 1).
0.4 0.6
К пиане Ше гайо
Рис. 1. Зависимость между показателем жесткости и показателем использования ресурса
В исследовании [8] авторами был проведен анализ влияния отказов элементов объединения на эксплуатационную надежность стале-железобетонных пролетных строений автодорожных мостов. В ходе работы было рассмотрено 5 пролетных строений, которые моделировались с исключением из работы различных групп упоров. В результате численного экспе-
римента были получены значения провисаний пролетных строений от постоянных нагрузок при отказе элементов объединений над крайними опорами (сценарий А1 4), над промежуточными опорами (сценарий А2 4), над всеми опорами (сценарий А3 4), в пролетах (сценарий В4) и при отказе всех упоров (сценарий С4) (рис. 2).
Рис. 2. Провисания в зависимости от сценария отказа упоров
В исследовании [9] определяется численная характеристика надежности сталежелезо-бетонной балки - индекс надежности в с учетом накопления усталостных повреждений в гибких штыревых упорах. Надежность рас-
сматривается с точки зрения наступления предельного состояния I группы.
В результате численного эксперимента авторами была получена диаграмма зависимости значения индекса надежности от количества циклов нагружения балки (см. рис. 3).
При наработке в 54 миллиона циклов индекс надежности снизился до целевого показателя (согласно [10] для базового класса надежно-
сти в течении 50 лет в - 3,8) в результате усталостных повреждений гибких штыревых упоров.
миллионы циклов
Рис. 3. Зависимость индекса надежности в от числа циклов нагружения
Выводы
Анализируя рассмотренные исследования и эксперименты, можно сделать вывод о том, что элементы объединения железобетонной плиты и стальной балки получают значительные усталостные повреждения в ходе эксплуатации сталежелезобетонных пролетных строений из-за временных регулярно обращающихся тяжелых нагрузок. В результате указанных повреждений сдвиговая жесткость отдельных упоров сильно снижается, что приводит к снижению общей жесткости пролетных строений, провисаниям и увеличению прогибов от временных нагрузок.
Данное явление снижает эксплуатационную надежность мостовых сооружений. Кро-
единения приводит к увеличению напряжений в главных балках, снижению надежности по I группе предельных состояний и снижению грузоподъемности пролетных строений.
Ввиду высокой ответственности и стратегического значения для транспортной системы надежность является одним из важнейших свойств мостовых сооружений, поэтому еще на стадии проектировании сталежелезобетон-ных конструкций следует уделять внимание вопросам обеспечения выносливости элементов объединения на проектируемый срок эксплуатации во избежание значительного снижения общей надежности сооружений в результате накопления усталостных повреждений в упорах.
ме того, снижение жесткости элементов объ-
Библиографический список
1. Akesson, B. Understanding Bridge Collapses. - Лондон: Tailor & Francis, 2008. - 266 с.
2. Обрушение моста в Вельске через реку Вага 21 октября 2015 г. Понтонный мост - сообщение налажено. - [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.drive2.ru/c/2440599.
3. Cheung, M.S. Probabilistic fatigue and fracture analyses of steel bridges / M.S. Cheung, W.C. Li // Structural Safety. - 2003. - Т. 25. - № 3. - С. 245-262. - URL: https://doi.org/10.1016/S0167-4730(02)00067-X.
4. Zhang, G. Causes and statistical characteristics of bridge failures: A review / G. Zhang, Y. Liu, J. Liu, S. Lan, J. Yang // Journal of Traffic and Transportation Engineering (English Edition). - 2022. -Т. 9. № 3. - С. 388-406. - URL: https://doi.org/10.1016/j.jtte.2021.12.003.
5. Новожилова Н.И. Прогнозирование надежности конструкций стальных и сталежелезобе-тонных мостов: Учебное пособие с элементами УИРС / Н.И. Новожилова, В.А. Быстров, В.Л. Шайкевич. - Ленинград: Ленинградский инженерно-строительный институт, 1989. - 96 с.
6. Козак Н.В. Экспериментальное исследование режима работы гибких штыревых упоров ста-лежелезобетонного пролетного строения существующего автодорожного моста / Н.В. Козак // Интернет-журнал «Транспортные сооружения». - 2022. - Т. 9. - № 1. -URL: https://doi.org/10.15862/07SATS122.
7. Xu C., Sugiura K., Su Q. Fatigue Behavior of the Group Stud Shear Connectors in Steel-Concrete Composite Bridges // Journal of Bridge Engineering. - 2018. - № 23(8): 4018055. -URL: https://doi.org/10.1061/(ASCE)BE.1943-5592.0001261.
8. Анализ влияния отказов элементов объединения на эксплуатационную надежность стале-железобетонных пролетных строений автодорожных мостов / Н.В. Козак [и др.] // Транспортные сооружения. - 2023. - Т. 10. - № 3. URL: https://doi.org/10.15862/07SATS323.
9. Козак, Н.В. Определение количественных показателей надежности сталежелезобетонной балки с учетом накопления усталостных повреждений в гибких штыревых упорах / Н.В. Козак, А.В. Сырков, В.А. Быстров, Д.А. Ярошутин, Д.А. Шестовицкий // Транспортные сооружения. -2023. - Т. 10. - № 4. - С. 07SATS122. - URL: https://doi.org/10.15862/05SATS423.
10. EN 1990 (2002) (English): Eurocode - Basis of structural design.
THE EFFECT OF FATIGUE DAMAGE IN THE ELEMENTS OF THE ASSOCIATION ON THE OVERALL RELIABILITY OF THE SPANS
V.M. Zolotov, Student
Saint Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering (Russia, Saint Petersburg)
Abstract. In this paper, the need to take into account the fatigue damage of the elements of the association on the overall reliability of steel-reinforced concrete superstructures is considered. The article discusses research on the dependence of the shear stiffness of flexible pin stops on the indicator of accumulated damage, the effect of reducing the shear stiffness of the elements of the association on operational reliability and reliability in the I group of limit states. Conclusions are drawn about the need to take into account the accumulation offatigue damage in the abutments of steel-reinforced concrete superstructures when determining quantitative indicators of overall reliability for bridge structures affected by temporary cyclic loads.
Keywords: bridge, steel-concrete, reliability, fatigue, connective element.
