Лекция 15. усталостная прочность конструкций

Влияние многократно повторяющихся нагружений, которые могут вызвать усталостное разрушение конструкции, следует учитывать в расчетах, если они появляются не менее 5´10⁵–кратно в предусмотренном интервале эксплуатации конструкции и составляют не менее 60% полного нагружения конструкции (примером таких конструкций могут быть подкрановые балки).

В случае воздействия многократно повторяющихся нагрузок не следует применять бетонные и сборно-монолитные конструкции.

При воздействии многократно повторяющихся нагрузок, конструкции должны удовлетворять требованиям двух групп предельных состояний при статических расчетах конструкций.

Проверка усталостной прочности основана на утверждении, что усталостные повреждения бетона и стали в рассчитываемых сечениях элемента, вызванные многократно повторяющимися нагрузками, не превышают допустимых значений.

Возможность исчерпания усталостной прочности материалов следует определять из условий:

¾ напряжения в бетоне и арматуре вычисляются как для упругого тела (по приведенным сечениям) от действия внешних сил и усилия предварительного обжатия P_d;

¾ неупругие деформации в сжатой зоне бетона учитываются снижением модуля упругости бетона, принимая коэффициенты приведения арматуры к бетону a' равными 25, 20, 15 и 10для бетонов классов соответственно С¹²/₁₅; C²⁰/₂₅; C³⁰/₃₇; C³⁵/₄₅ и выше;

¾ в случае, если s_с > f_ctd, площадь приведенного сечения определяется без учета растянутой зоны бетона;

¾ максимальные нормальные напряжения в арматуре s_s,max, определенные при условии линейного распределения напряжений по приведенному сечению, не должны превышать допустимых s_sR, которые следует принимать:

для ненапрягаемой арматуры — ;

для напрягаемой арматуры — ;

¾ значения коэффициентов g_sR и g_sRs следует принимать по СНБ 5.03.01 в зависимости от класса арматуры и коэффициента асимметрии цикла нагрузки;

¾ максимальный интервал изменения напряжений в арматуре Ds_s,max не должен превышать допустимого интервала напряжений Ds_sR : Ds_s,max £Ds_sR ;

¾ значения допустимого интервала напряжений Ds_sR при числе циклов многократно повторяющихся нагрузок не превышающем 10⁶ следует принимать по таблице 15.1;

Таблица 15.1

Значения допустимого интервала изменения напряжений в арматуре Ds_sR

¾ максимальные нормальные напряжения в бетоне s_c,max, определенные при условии линейного распределения напряжений по приведенному сечению, не должны превышать допустимых s_cR

, (15.1)

где

; (15.2)

g_cR — коэффициент, учитывающий условия работы бетона при многократно повторяющейся нагрузке, принимается по СНБ 5.03.01 в зависимости от состояния бетона по влажности и и коэффициента асимметрии цикла нагрузки.

В зоне, проверяемой по сжатому бетону, при действии многократно повторяющейся нагрузки следует избегать возникновения растягивающих напряжений. Сжатая арматура на выносливость не рассчитывается.

Расчет на выносливость сечений, наклонных к продольной оси элемента, должен производиться из условия, что равнодействующая главных растягивающих напряжений, действующих на уровне центра тяжести приведенного сечения по длине элемента, должна быть полностью воспринята поперечной арматурой при напряжениях в ней

, (15.3)

где

. (15.4)

Для элементов, в которых поперечная арматура не предусматривается, должно быть выполнено требование: главные растягивающие напряжения в бетоне на уровне центра тяжести приведенного сечения не должны превышать .

При достаточном научном обосновании допускается возможность проверки установленной прочности на основании анализа предельного количества циклов нагружения либо анализа допустимых нагружений.

Вопросы для самоконтроля

1. В чем заключается расчетная проверка усталостной прочности железобетонных элементов?

2. В каком диапазоне изменений напряжений допускается работа бетона и арматуры в расчетах усталостной прочности железобетонных элементов?

3. Как учитываются неупругие деформации в бетоне сжатой зоны в расчетах усталостной прочности железобетонных элементов?