Совершенствование методики расчета на выносливость железобетонной плиты проезжей части автодорожных мостов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.11, кандидат наук Новак Николай Юрьевич

• Новак Николай Юрьевич
• кандидат наук
• 2020

Оглавление диссертации кандидат наук Новак Николай Юрьевич

Введение

Глава 1 Состояние вопроса и задачи исследования

1.1 Аналитический обзор состояния вопроса выносливости

железобетонных элементов в мостах

1.2 Обзор исследований выносливости бетона и арматуры

1.2.1 Выносливость бетона

1.2.2 Выносливость арматурных стержней

1.3 Обзор исследований выносливости плитных железобетонных

элементов

1.4 Анализ методик расчета на выносливость железобетонной плиты

проезжей части автодорожных мостов

1.4.1 Обзор требований российских норм

1.4.2 Обзор требований зарубежных норм

1.4.3 Нагрузка при расчете на выносливость

1.5 Выводы по главе

Глава 2. Экспериментальные исследования выносливости арматурных

стрежней с крестообразными соединениями, выполненными заводской

контактной точечной сваркой

2

2.1 Испытание натурных образцов арматурных стержней на воздействие

статической и многократно повторяющейся нагрузок

2.1.1 Постановка задачи и методика проведения испытаний

2.1.2 Проведение испытаний и анализ полученных результатов

2.2 Металлографический анализ образцов арматурных стержней

2.3 Выводы по главе

Глава 3 Испытание натурных образцов железобетонной плиты проезжей части

автодорожного моста на воздействие статической и периодически

повторяющейся нагрузок

3.1 Постановка задачи и методика проведения испытаний

3.2 Расчет экспериментальных образцов по методу конечных элементов

3.3 Проведение испытаний полноразмерных образцов железобетонной

плиты проезжей части

3.4 Анализ результатов испытаний и сопоставление с компьютерными

расчетами

3.4.1 Сопоставление расчетных и экспериментальных вертикальных

перемещений образцов

3.4.2 Сопоставление деформаций и напряжений в бетоне и арматурных

стержнях

3.5 Выводы по главе

3

Глава 4 Конструктивно-технические решения по совершенствованию

конструкций железобетонных балок автодорожных мостов

4.1 Расчет железобетонной плиты проезжей части

4.2 Экономическая эффективность внедрения результатов диссертации

4.2.1 Экономический эффект при производстве балки

4.2.2 Экономический эффект полученный на заводе за год

4.3 Выводы по главе

Основные результаты диссертационной работы

Список литературы

Приложение А

4

Введение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование методики расчета на выносливость железобетонной плиты проезжей части автодорожных мостов»

Актуальность работы

В настоящее время в России наблюдается рост объемов строительства

железобетонных мостов, в том числе из многофункциональных балок

пролетами 12 – 33 м. Увеличение нагрузок на ось автомобилей (вплоть до 13 –

14 тс) требует создания новых надежных и эффективных мостовых

конструкций.

В течение жизненного цикла транспортные сооружения работают под

воздействием многократно повторяющихся переменных нагрузок разной

интенсивности, создаваемых автотранспортом. К таким конструкциям

относятся балки пролетных строений мостов, ригели, опоры, мостовое

полотно.

Происхождение, характер, величина и частота многократно

повторяющихся нагрузок разнообразны. Динамические нагрузки зачастую

приводят к снижению долговечности и разрушению элементов моста:

элементов железнодорожных ферм, болтовых и сварных соединений

металлических мостов, балок автодорожных мостов, поперечных диафрагм,

связей и элементов плиты проезжей части.

Исследования, ранее проведенные разными авторами, показали, что

разрушение конструкций под действием циклической переменной нагрузки

наступает при напряжениях, значительно меньших предела прочности

материала R, а часто и меньших предела текучести σт. Согласно современной

теории сооружений микроскопические дефекты, включения, микротрещины и

другие концентраторы напряжений в структуре материала конструкций

приводят к появлению начальных трещин, которые под действием

многократно повторяющихся нагрузок растут и раскрываются, что в конечном

итоге и приводит к разрушению. Данное явление известно как «усталость»

5

материала, а подобные разрушения называют «усталостными». «Усталость»

следует понимать не как изменение свойств материала, как это предлагалось

некоторыми исследователями в прошлом, а как прогрессирующее разрушение

при циклическом нагружении, связанное с накоплением внутренних

структурных повреждений, приводящих к снижению прочности материала.

Способность материала сопротивляться разрушению при действии

многократно повторяющихся нагрузок называется «выносливостью».

Наибольшее напряжение, при котором материал в состоянии выдержать

заданное число циклов нагружения, называется «предел выносливости». При

определении предела выносливости необходимо учитывать множество

факторов, влияющих на выносливость конструкции: режимы нагружения,

свойства материала, размеры конструкции, взаимодействие разных

компонентов в случае применения композиционных материалов, появление

концентраторов напряжений в ходе строительства и эксплуатации.

Для автодорожных мостов основным видом циклических нагрузок, от

которых возникает усталость, является вертикальная подвижная нагрузка. В

течение срока службы в элементах мостовых конструкций, подверженных

воздействию циклических нагрузок, появляются повреждения, обусловленные

явлением усталости. Такие повреждения встречаются практически на любом

этапе жизненного цикла сооружения – от нескольких месяцев до нескольких

десятилетий с начала эксплуатации. Усталость материала зачастую является

причиной аварии, так как разрушение конструкции происходит внезапно, как

правило, без каких-либо видимых предпосылок. Следует подчеркнуть, что

согласно действующим нормативным документам [82] разрушение от

усталости относится к самому опасному виду предельного состояния –

первому, характеризующемуся невозможностью дальнейшей эксплуатации.

Выносливость элементов железобетонных мостовых конструкций

изучена значительно меньше, чем выносливость металлоконструкций.

Прочность и деформативность железобетонных конструкций мостов при

6

циклических нагрузках в настоящее время приобретают особую важность, так

как интенсивность и частота нагрузок на мостовые сооружения увеличиваются

с каждым годом на 1,5-2%. Предупреждение появления и накопления

усталостных повреждений в период расчетного срока службы уже на этапе

проектирования является важной и актуальной задачей, решение которой

позволит повысить долговечность конструкций и увеличить безопасность

движения. Проектирование экономичных и надежных железобетонных

конструкций мостов непосредственно связано с результатами изучения

восприятия железобетоном многократно повторяющихся нагрузок, развития и

усовершенствования методики расчета железобетонных конструкций на

выносливость.

Цель и задачи исследования

Цель настоящего диссертационного исследования – совершенствование

нормативной методики расчета на выносливость применительно к

железобетонной плите проезжей части автодорожных мостов с рабочей

арматурой с крестообразными соединениями, выполненными заводской

контактной сваркой.

Для достижения поставленной цели в работе поставлены и решены

следующие задачи:

 проанализированы и систематизированы результаты

экспериментальных и теоретических исследований выносливости бетона,

арматуры и железобетонных мостовых конструкций, проведенных к

настоящему моменту в России и за рубежом;

 разработаны методика и программа испытаний. Работа

проводилась в филиале АО ЦНИИС «НИЦ Мосты» по заданию

ПАО «Мостотрест» при участии МТФ-Завода мостовых железобетонных

конструкций «МОКОН» по целевому договору ИС-13-978-06. Объект

7

исследования - арматура класса А400 (АIII) из стали марки 25Г2С со

сварными крестообразными соединениями, выполненными заводской

контактной сваркой типа К1-Кт по ГОСТ [21], а также фрагменты

железобетонной плиты проезжей части автодорожного моста в натуральную

величину;

 проведены экспериментальные исследования арматурных

стержней класса А400 диаметром 12 и 14 мм (как наиболее часто

применяемых) со сварными соединениями и без них (контрольные образцы)

на действие статической и циклической нагрузки;

 проведены металлографические исследования образцов со

сварными соединениями;

 экспериментально подобраны оптимальные режимы заводской

сварки для достижения стабильного результата;

 выполнены компьютерные расчеты экспериментальных образцов;

 проведены экспериментальные исследования полноразмерных

фрагментов плиты проезжей части автодорожного моста с сетками,

выполненными с использованием контактной сварки крестообразных

соединений;

 экспериментально обоснована возможность применения заводской

контактной сварки для рабочей арматуры плиты проезжей части,

рассчитываемой на выносливость;

 разработан автором и утвержден в ПАО «Мостотрест»

СТО 01373996-001-2015 «Арматурные сетки заводского изготовления,

выполненные контактной сваркой, для плит проезжей части автодорожных

мостов» [83].

 внесено и утверждено предложение о корректировке

понижающего коэффициента βpw в новой редакции СП «Мосты и трубы» [82],

учитывающего влияние на условия работы арматурных элементов наличия

крестообразных сварных соединений.

8

  проведена оценка экономической эффективности внедрения

результатов исследования на заводах МЖБК.

Методы исследования

В рамках исследования при решении поставленных задач выполнены:

 критический анализ отечественных и зарубежных

экспериментальных и теоретических исследований;

 разработка расчетной компьютерной модели с использованием

метода конечных элементов и постановка вычислительных экспериментов с

использованием этой модели;

 экспериментальные исследования на полноразмерной физической

модели;

 верификация результатов натурных исследований на основе

теоретических разработок, методов теории вероятности и математической

статистики;

 металлографические исследования;

 расчеты по разработанной методике для реальных объектов.

Научная новизна работы:

 разработана методика и программа проведения испытаний, в том

числе конструкция экспериментальных образцов плиты проезжей части и

схема их загружения, проведены компьютерные расчеты образцов по методу

конечных элементов;

 установлено влияние крестообразных сварных соединений

рабочей арматуры на выносливость плиты проезжей части в ходе

комплексных статических и динамических экспериментальных исследований;

 откорректирован коэффициент βpw, учитывающий влияние на

условия работы арматурных элементов на выносливость наличия

крестообразных сварных соединений;

9

  усовершенствована существующая в СП 35.13330 «Мосты и

трубы» [82] методика расчета железобетонной плиты проезжей части на

выносливость.

На защиту выносится:

 критический анализ существующих исследований выносливости

бетона, арматурных стержней, выносливости плитных железобетонных

элементов и железобетонных элементов в мостах;

 результаты экспериментальных исследований выносливости

арматурных стержней с крестообразными соединениями, выполненными

заводской контактной точечной сваркой;

 результаты натурных испытаний образцов железобетонной плиты

проезжей части автодорожного моста на воздействие статической и

периодически повторяющейся нагрузок;

 сопоставление результатов натурных испытаний с

компьютерными расчетами по методу конечных элементов (МКЭ);

 конструктивно-технические решения по совершенствованию

конструкций железобетонных балок автодорожных мостов;

 оценка экономического эффекта от внедрения результатов

диссертационного исследования.

Достоверность результатов

Достоверность полученных результатов, рекомендаций и выводов

подтверждена комплексными многовариантными экспериментальными

исследованиями натурных образцов с использованием современных

теоретических и экспериментальных методов, учетом требований

действующих нормативных документов и использованием поверенных и

сертифицированных испытательных машин и приборов, а также сходимостью

полученных данных теоретических и экспериментальных исследований.

10

 Расчеты по методу конечных элементов проводились в АО ЦНИИС на

сертифицированном программном комплексе «MIDAS CIVIL» (лицензия

№U005-02022, 2014-2016 г., сертификаты соответствия №0896211, №0896445),

предназначенном для проектирования и расчета элементов конструкции

мостов и других транспортных сооружений.

Практическая значимость работы:

 автором разработан СТО 01373996-001-2015 «Арматурные сетки

заводского изготовления, выполненные контактной сваркой, для плит

проезжей части автодорожных мостов» [83];

 в ходе разработки изменений и актуализации СП 35.13330 «Мосты

и трубы» [82] автором было внесено предложение о корректировке

коэффициента βpw, учитывающего влияние на условия работы арматурных

элементов наличия крестообразных сварных соединений;

 усовершенствованная методика расчета на выносливость

позволила улучшить конструкцию и технологию изготовления

железобетонных балок автодорожных мостов;

 получен экономический эффект от применения сварных сеток

взамен вязаных.

Реализация результатов

Научные результаты диссертации доведены до практического

использования. Разработанный СТО 01373996-001-2015 и рекомендации

внедрены в ПАО «Мостотрест» и на МТФ-заводе «МОКОН», использованы в

научно-исследовательской работе АО ЦНИИС, а также в ходе разработки

изменений положений и актуализации СП 35.13330 «Мосты и трубы» [82],

основного нормативного документа для проектирования мостовых

сооружений.

11

 Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы доложены и получили

одобрение:

 на научно-методических и научно-исследовательских

конференциях МАДИ, 2012 – 2015 гг.;

 на совещаниях в ПАО «Мостотрест» и МТФ-завод «МОКОН»,

2013 - 2016 гг.;

 на заседании ученого совета АО ЦНИИС «НИЦ Мосты», 2015 г.

 в РУДН на XXXII Межвузовском научном семинаре, 2015 г.

Публикации

Основные положения и результаты диссертационной работы отражены в

четырех публикациях в рецензируемых научных изданиях, рекомендованных

ВАК.

12

 Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследования

1.1. Аналитический обзор состояния вопроса выносливости

железобетонных элементов в мостах

Планомерное изучение явления выносливости материалов началось в

тридцатые годы XIX века. На факт усталостного разрушения впервые обратил

внимание в 1829 г. немецкий инженер Вильгельм Альберт, руководивший

горнодобывающей промышленностью целого региона. Он заметил, что цепи

лебедок, которыми поднимали руду на шахтах часто разрушались под

воздействием многократно повторяющихся нагрузок, существенно меньших,

чем при однократном нагружении. Проведенные им первые испытания на

выносливость показали, что усталость металла цепей не связана со

случайными перегрузками, а зависит от величины нагрузки и числа

повторений циклов этой нагрузки [96]. Сам термин «усталость» был введен

позже, в 1839 г. французским математиком и инженером Жан-Виктором

Понселе.

В 1864 г. Вильям Фэрбэрн опубликовал результаты своих испытаний

балок из сварочного железа [108]. Он сделал вывод, что циклически

изменяющееся напряжение в металле не должно превышать трети от

временного сопротивления на разрыв.

Наиболее значимой работой по исследованию выносливости металла в

XIX веке являются опыты Августа Веллера, результаты которых были

представлены широкой публике в 1870 г. [128]. Он первым стал проводить

систематические исследования выносливости сварочного железа и стали на

изгиб, кручение и осевое растяжение. Двенадцатилетние исследования

усталости позволили автору сделать несколько основополагающих выводов.

Во-первых, разрушение образцов в результате приложения многократно

повторяющейся нагрузки происходит при напряжениях, меньших не только

временного сопротивления R, но даже предела текучести σт материала, из

13

которого сделан образец. Во-вторых, количество циклов нагружений до

разрушения образца зависит от размаха между минимальным и максимальным

напряжениями (в дальнейшем этот размах стал характеризоваться

коэффициентом асимметрии цикла ρ, равным отношению минимального

напряжения σmin к максимальному σmax при циклическом нагружении), и при

увеличении максимального напряжения предельный размах напряжений, при

котором не происходит разрушения, значительно уменьшается. Он впервые

ввел термин «предел выносливости» и дал графическое выражение

зависимости амплитуды напряжения цикла σmax-σmin и числом циклов до

разрушения N, названное диаграммой (кривой) Веллера. Пример такой кривой

для сплавов черных металлов и сплавов цветных металлов дан на рисунке 1.

Пределом выносливости или пределом усталости называется наибольшая

величина напряжения, которому материал может противостоять без

разрушения при неограниченно большом числе циклов. В настоящее время

для железобетонных конструкций принята база испытаний 2 млн циклов [17,

18, 24].

Рисунок 1 – Диаграмма Веллера:

1 - для сплавов на основе железа и титана; 2 – для сплавов цветных металлов

14

 Из работ конца XIX века следует отметить исследования по

выносливости металлов известного английского металлурга Томаса Сидни

Джилкриста [61, 120], который пытался выявить причину усталостного

разрушения металла. Он экспериментально зафиксировал, что в структуре

металла есть дефекты, которые служат концентраторами напряжений.

Отмечено также, что даже при напряжениях в сечении элемента, не

превышающих при циклическом нагружении предела прочности,

концентраторы напряжений могут вызвать усталостное разрушение

конструкции в целом. Проблема выносливости различных материалов не

изучена до конца и сегодня. Несмотря на большое количество проведенных

исследований влияния различных факторов на предел выносливости металлов

до сих пор не получен однозначный ответ на вопрос причины образования

усталостных повреждений.

Следующим значительным этапом исследования явления выносливости

можно считать 20-40е годы XX века, когда полным ходом шло внедрение

железобетона в строительство и были проведены первые исследования в этой

области применительно к железобетонным конструкциям. Значительный

вклад в эти исследования внесли американские ученые Г.Ф. Мур и

Дж.Б. Коммерс [61, 117, 118, 119], В.А. Слетер [124], английские ученые В.Э.

Далби [102], Г.Дж. Гоф и Д. Хэнсон [15, 109], российско-американский

ученый С.П.Тимошенко [84], немецкие ученые Ван Орнум [125, 126], О. Граф

и Е. Бреннер [101, 110, 111], Е. Пробст и его ученик А. Мемель [115, 121]. Из

экспериментальных исследований, проведенных в этот период в Советском

Союзе, необходимо отметить работы С.И. Дружинина [32], Б.Г. Скрамтаева

[71] и работы, выполненные в ЦНИИС под руководством О.Я. Берга [3] и

И.А. Матарова [54]. Основная цель заключалась в изучении выносливости и

деформативности образцов из бетона низких марок и железобетонных

конструкций простейших типов (кубы, призмы, балочки). Несмотря на

недостаточную изученность влияния состава и качества бетона на

15

выносливость, малые размеры образцов, отличий условий совместной работы

арматуры и бетона в образцах от реальных условий в изгибаемых элементах,

эти труды выявили несомненную зависимость предела выносливости от

размаха напряжений. Исследования этого периода показали снижение

величины сцепления арматуры и бетона под действием циклической нагрузки,

а также позволили установить минимальный предел выносливости бетона при

осевом сжатии σρ=0,35R и задать допускаемые напряжения |σб|=0,35R при

осевом сжатии бетона, что привело к излишним запасам при проектировании.

Результаты вышеупомянутых трудов нашли свое отражение в самых ранних

советских нормативных документах по проектированию и строительству

железобетонных мостовых конструкций, а именно ТУиН 1934 г. [85] и

ТУПМ-37 [86].

Основные теоретические исследования, касающиеся выносливости

элементов железобетонных мостов, проводились в нашей стране (в ЦНИИС,

НИИ Мостов, МИИТ, ЦНИПСК, МАДИ, ЛИИЖТ, НИИЖТ, ВНИИЖТ,

СибАДИ и др.) в сороковые-пятидесятые годы прошлого века, когда

происходил переход от расчетов конструкций по допускаемым напряжениям к

расчетам по предельным состояниям и был разработан новый нормативный

документ НиТУ 123-55 [63]. Введение нового метода расчета позволило

дифференцировать коэффициенты запаса, а это дало возможность внедрить

надежные сборные и преднапряженные железобетонные пролетные строения

мостов. Однако изучение работы железобетонных конструкций на

выносливость продолжала оставаться актуальной. К этому периоду относятся

фундаментальные труды О.Я. Берга [2, 4, 5], И.А. Матарова [52, 53],

А.И. Иванова-Дятлова [38], Н.С. Карпухина [44, 45], Т.Г. Фролова [89],

И.Л. Корчинского [50], зарубежные исследования, опубликованные в работах

[120] и др. В работах указанных авторов полученные экспериментальные

данные, в основном, обработаны по внешним проявлениям процессов:

разрушающим нагрузкам, деформациям, прогибам, наблюдаемым по мере

16

увеличения числа циклов приложения нагрузки. Результаты этих

исследований, в особенности данные масштабных экспериментальных

исследований работы бетона, арматуры, железобетона, а также серий

полноразмерных образцов балок на выносливость во Всесоюзном научно-

исследовательском институте транспортного строительства (ЦНИИС) под

руководством О.Я. Берга и И.А. Матарова [2, 3, 4, 5, 52, 53, 55] позволили

разработать методику расчета конструкций на выносливость, вошедшую во

многие нормативные документы, в том числе сначала в ТУПМ-56 [87], а затем

в СН 10-57 [72], СН 200-62 [73] и CН 365-67 [74]. Основные положения этой

методики, изложенные в нормах, а именно в СНиП 2.05.03-84* [76] и

СП 35.13330.2011 [82], остаются неизменными до настоящего времени: расчет

железобетонных элементов на выносливость производится на нормативные

нагрузки с учетом динамического коэффициента, принимается гипотеза

плоских сечений (сечения плоские до деформации остаются плоскими и после

деформации), вводятся особые сниженные значения расчетных сопротивлений

материалов, а изменение напряженного состояния в конструкции из

железобетона под действием циклической нагрузки учитывается путем

введения особого отношения модулей упругости бетона и арматуры n1 при

расчетах по формулам упругого тела, что отражает процесс нарастания

остаточных деформаций. Однако несмотря на переход на расчет конструкций

по предельным состояниям в основе современных расчетов на выносливость

лежит теория допускаемых напряжений. Этот факт может быть объяснен тем,

что разрушение конструкций при усталости происходит именно при

эксплуатационных нагрузках, уровень которых значительно меньше

предельных.

Дальнейшие серьезные исследования выносливости железобетонных

конструкций относятся уже к семидесятым-восьмидесятым годам XX века,

когда произошел переход к новым общесоюзным нормам проектирования

бетонных и железобетонных конструкций [73, 77, 78], и двухтысячным годам.

17

В эти годы появились новые материалы, высокопрочные бетоны, новые марки

стали, новые конструкции из стали и железобетона, развивалось типовое и

сборное строительство. Все это требовало новых исследований и

дополнительных натурных испытаний. Среди большого количества

экспериментальных исследований стоит отметить работы К.В. Михайлова,

В.М. Селюкова, Ф.М. Городницкого [16, 56, 57, 58], В.М. Бондаренко [7],

А.Л. Цейтлина [29, 30, 90, 91], Н.И. Карпенко [43], С.Н. Карпенко,

А.И. Васильева [11, 13, 91], Л.И. Иосилевского [39, 40], В.П. Чиркова

[40, 92, 93], Э.А. Балючика [1], В.В. Новака [64], Ю.В. Новака [64, 65],

П.М. Саламахина [69], Л.И. Короткова, А.С. Залесова [35, 36], Г.К. Евграфова,

С.А. Мадатяна, К.А. Пирадова, Ф.В. Винокура, Ю.М. Егорушкина, а также

труды продолживших свои исследования О.Я. Берга [6] и Н.С. Карпухина [45].

Проведенные исследования благодаря своему большому объему и

разнообразию внесли значительный вклад в строительную науку нашей

страны в вопросах выносливости железобетонных конструкций. Часть работ

была не завершена, не все результаты исследований нашли в полной мере

отражение в нормативных документах. В связи с чем, многие проблемы и

задачи по выносливости не были решены до конца, а ряд положений,

зафиксированных в нормативных документах, до сих пор вызывает споры

ученых и, зачастую, не имеет достаточной опытной проверки. Это также в

значительной мере определяет актуальность проблемы и ее важность для

народного хозяйства.

1.2. Обзор исследований выносливости бетона и арматуры

1.2.1. Выносливость бетона

Исследования выносливости бетона начали проводиться одновременно с

его широким внедрением в мостостроение в начале XX века. В разное время

исследования проводились в ведущих научных школах СССР: ЦНИИС (НИЦ

Мосты, НИЦ СМ, НИЦ ВМ), НИИЖБ, ЦНИИСК, ВНИИЖТ, ЛИИЖТ,

18

НИИЖТ, МАДИ, СибАДИ, НПЦ Мостов, МИИТ, УрПИ, НИИСК, НИЦ

Гидропроект, ВНИИГ, а также за рубежом.

Над вопросом выносливости бетона на сжатие работали Н.С. Карпухин

[44, 45], О.Я. Берг [6], И.А. Матаров [52], Ю.Н. Котов [51], Ю.Г.Козьмин [49],

Т.Г.Фролов [89], Ю.С.Волков [14, 42], А.П.Кириллов, Т.С.Каранфилов и

другие советские, а также зарубежные авторы [99, 100, 114, 120, 123].

В начале рассмотрим выносливость бетона на сжатие, так как в

реальных мостовых конструкциях бетон без арматуры в элементах,

работающих на растяжение, не применяется.

Н.С. Карпухин обобщил результаты своих исследований [45] и более

двадцати работ других авторов [2, 5, 6, 14, 42, 44, 49, 51, 52, 53, 89, 99, 101,

110, 111, 115]. Обработка результатов опытов 48 серий образцов позволила

ему вывести уравнение для вычисления предела выносливости бетона на

сжатие σr при разных значениях коэффициента асимметрии цикла ρ>0 в

зависимости от призменной прочности бетона Rпр:

0.57

𝜎𝑟 = 𝑅пр , МПа. (1)

1−0.365𝜌

Несмотря на значительный общий объем испытаний (несколько тысяч

образцов), разное время проведения экспериментов, разные классы бетона и

формы образцов статистическая обработка результатов дает высокую

корреляцию (коэффициент корреляции r=0,801).

Предел выносливости, полученный согласно уравнению (1), считаю

необходимым сравнить с принятым в СН 200-62 [73] и СНиП (СП) «Мосты и

трубы» [76, 82] для самых распространенных классов бетона B30 и B40. Из

расчета по СНиП исключен коэффициент, учитывающий рост прочности

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Новак Николай Юрьевич, 2020 год

 Список литературы

1. Балючик Э.А., Лок С.А. О перспективах использования

арматурной стали класса А500СП в мостостроении / Научные труды ОАО

ЦНИИС. Выпуск № 259. Актуальные проблемы транспортного строительства

– М.:ОАО ЦНИИС, 2011. – стр. 63-66.

2. Берг О.Я. Исследование железобетонных конструкций при

воздействии на них многократно повторяющейся нагрузки. / Труды ЦНИИС.

Вып. 19. – М.: Трансжелдориздат, 1956.

3. Берг О.Я. Исследование работы растянутых железобетонных

элементов под повторной нагрузкой. / В кн.: Опытно-теоретические

исследования железобетонных конструкций. – М., 1940.

4. Берг О.Я. Методы расчета несущей способности железобетонных

конструкций в ТУПМ-56. / Транспортное строительство, №7 – М., 1957.

5. Берг О.Я. О выносливости железобетонных конструкций. / Труды

ЦНИИС. Вып. 36. – М.: Трансжелдориздат, 1960 – стр. 151-167.

6. Берг О.Я., Писанко Г.Н., Хромец Ю.Н. Исследование физического

процесса разрушения бетона под действием статической и многократно

повторяющейся нагрузки. / Труды ЦНИИС. Вып. 60. – М.: Транспорт, 1966.

7. Бондаренко В.М. Некоторые вопросы нелинейной теории

железобетона. – Харьков: Изд. ХГУ, 1968 – 323 с.

8. Боханова C.B. Нормирование вертикальных нагрузок на мосты от

автотранспортных средств учетом перспективы их развития: диссертация на

соискание степени канд. техн. наук: 05.23.11 / Боханова Светлана

Владимировна – М.: ЦНИИС, 2002 – 241 с.

9. Бродский А.Я., Лощилов В.И. Выносливость сварных стыковых

соединений арматурных стержней крупного диаметра из стали 35ГС. /

«Автоматическая сварка», №3, 1963 – стр. 28-33.

10. Васильев А.И. Исследование временных вертикальных нагрузок

для нормирования расчета автодорожных мостов: диссертация на соискание

115

степени канд. техн. наук: 05.23.11 / Васильев Александр Ильич – М.:

ЦНИИС, 1972. – 161 с.

11. Васильев А.И. Исследование коэффициента сочетаний колонн

автомобилей при определении вертикальной нагрузки на автодорожные

мосты / Труды ЦНИИС, Вып. 28 - М., 1969 – стр. 115-121.

12. Васильев А.И. Новые нормативные автомобильные нагрузки на

мосты / Вестник мостостроения, №3-4 – М., 2002 – стр. 66-69.

13. Васильев А.И. Расчетные сроки эксплуатации мостов /

Транспортное строительство, №3 – М., 1980 - стр. 36-49.

14. Волков Ю.С. Некоторые вопросы деформаций бетона при

воздействии повторных нагрузок. / В сб.: Новое в технологии расчета и

конструировании железобетона. – М.: Госстройиздат, 1966.

15. Гаф Г. Дж. Усталость металлов. – М.:ОНТИ, 1935 – 304 с.

16. Городницкий Ф.М., Михайлов К.В. Выносливость арматуры

железобетонных конструкций. – М.: Стройиздат, 1972 – 151 с.

17. ГОСТ 12004-81 Сталь арматурная. Методы испытания на

растяжение - М.: Изд-во стандартов, 1981 – 10 с.

18. ГОСТ 24545-81 Бетоны. Методы испытаний на выносливость - М.:

Изд-во стандартов, 1981 – 55 с.

19. ГОСТ 10243-75 Сталь. Методы испытаний и оценки

макроструктуры. Технические условия - М.: Стандартинформ, 2013 – 41 с.

20. ГОСТ 10922-2012 Арматурные и закладные изделия, их сварные,

вязаные и механические соединения для железобетонных конструкций.

Общие технические условия - М.: Стандартинформ, 2013 – 32 с.

21. ГОСТ 14098-2014 Соединения сварные арматуры и закладных

изделий железобетонных конструкций. Типы, конструкции и размеры.

Технические условия - М.: Стандартинформ, 2015 – 19 с.

22. ГОСТ 23279-2012 Сетки арматурные сварные для железобетонных

конструкций и изделий. Общие технические условия - М.: Стандартинформ,

2013 - 8 с.

116

 23. ГОСТ 2999-75 Металлы и сплавы. Метод измерения твердости по

Виккерсу - М: Издательство стандартов, 1987 – 30 с.

24. ГОСТ 34028-2016 Прокат арматурный для железобетонных

конструкций. Технические условия – Минск.: ЕАСС, 2016 – 63 с.

25. ГОСТ 5639-82 Стали и сплавы. Методы выявления и определения

величины зерна. Технические условия - М.: Стандартинформ, 2003 – 16 с.

26. ГОСТ 5781-82 Сталь горячекатаная для армирования

железобетонных конструкций. Технические условия - М.: Стандартинформ,

2005 – 10 с.

27. ГОСТ Р 52544-2006 Прокат арматурный свариваемый

периодического профиля классов А500С и В500С для армирования

железобетонных конструкций. Технические условия - М.: Стандартинформ,

2006 – 20 с.

28. ГОСТ Р ИСО 6507-1-2007 Металлы и сплавы. Измерение

твердости по Виккерсу. Технические условия - М.: Стандартинформ, 2008 –

16 с.

29. Гусева Т.К. Расчет и конструирование зон концентрированного

приложения нагрузки в железобетонных мостах: диссертация на соискание

степени канд. техн. наук: 05.23.11 / Гусева Татьяна Константиновна – М.:

ЦНИИС, 1991 – 284 с.

30. Гусева Т.К., Цейтлин А.Л. Исследование работы стыков плиты

бездиафрагменных пролетных строений: отчет заключительный о НИР - М.:

ЦНИИС, 1990 - 75 с.

31. Давиденков Н.Н. Усталость металлов. – Киев: Изд. АН СССР, 1949

– 65 с.

32. Дружинин С.И. Сравнение упругих свойств бетонов. /

Строительные материалы, №8 - 1932.

33. Единые нормы и расценки на строительные, монтажные и

ремонтно-строительные работы, Сборник 4, Выпуск 1 Здания и

промышленные сооружения - М.: Стандартинформ, 2008.

117

 34. Единые нормы и расценки на строительные, монтажные и

ремонтно-строительные работы, Сборник 4, Выпуск 3 Мосты и трубы - М.:

Стандартинформ, 2008.

35. Залесов А.С. Мирсаяпов И.Т. Расчет изгибаемых железобетонных

элементов на выносливость с учетом аналитических диаграмм

деформирования бетона и арматуры / Бетон и железобетон, №4 - 1993 – стр.

22-24.

36. Залесов А.С. Расчет изгибаемых элементов на выносливость с

учетом аналитических диаграмм деформирования бетона и арматуры / Бетон

и железобетон №4 – 1988 - cтр. 12-14.

37. Залигер Р. Железобетон, его расчет и проектирование / Перевод с

нем.под ред. П.Я. Каменцева. Изд. 4-е, стереотипное – М-Л: Госуд. изд-во,

1929 – 672 с.

38. Иванов-Дятлов А.И. Изучение предела выносливости

железобетона при повторных нагрузках / Бетон и железобетон, № 9 – 1958.

39. Иосилевский Л.И. Долговечность преднапряженных

железобетонных пролетных строений мостов. – М.: Транспорт, 1967 – 286 c.

40. Иосилевский Л.И., Чирков В.П. О прогнозировании долговечности

мостовых железобетонных конструкций / Транспортное строительство, № 10

- стр. 41-43.

41. Исследование железобетонных плит автодорожных мостов на

воздействие пульсирующей и подвижной нагрузки / Экспресс-информация.

Железные дороги. Искусственные сооружения транспортных магистралей,

№3 – М., 1989.

42. Каранфилов Т.С., Волков Ю.С. Обзор исследований по прочности

и деформативности бетона при многократном приложении нагрузки / Труды

Гидропроекта, № 10. – М., 1963

43. Карпенко Н.И. Общие модели механики железобетона. М.:

Стройиздат, 1996 - 416 с.

118

 44. Карпухин Н.С. Исследование выносливости железобетона. / Труды

МИИТ: Строительные конструкции. Вып. 108. – М.: Трансжелдориздат, 1959,

стр. 269-293.

45. Карпухин Н.С. Основы теории выносливости железобетона. – М.:

Золотое сечение, 2008 - 255 с.

46. Кедров А.И. Вибрационная прочность сварных стыков соединений

арматуры периодического профиля из стали марок Ст. 5 и 25ГС (25Г2С) и

мероприятия по ее повышению. / Труды ЦНИИС, Вып. 35. – М.:

Трансжелдориздат, 1960.

47. Кириллов А.П. Исследование усталостной прочности некоторых

видов стыков арматуры Ст.5 периодического профиля. / Труды

Гидропроекта, № 10 – М., 1963.

48. Кириллов А.П., Сверчков А.Г. О выносливости стержневой

арматуры из стали марки 35ГС в состоянии поставки и при наличии сварных

стыковых соединений / Бетон и железобетон, №6 - 1967.

49. Козьмин Ю.Г. О влиянии начальных микроразрушений в бетоне на

его сопротивление воздействию повторно переменных нагрузок при осевом

сжатии / В кн.: Исследование работы мостов и труб из обычного и

предварительно напряженного железобетона. – М.-Л.: Транспорт, 1965.

50. Корчинский И.Л. Учет явлений усталости в строительных

конструкциях - М.: Госстройиздат, 1956 – 72c.

51. Котов Ю.И. Прочность предварительно обжатого бетона при

повторных загружениях / В сб. ЦНИИСК: Сейсмостойкость

крупнопанельных и каменных зданий. – М.: Стройиздат, 1967.

52. Матаров И.А. Исследование работы железобетонных изгибаемых

элементов под многократно повторными нагрузками. / Труды ЦНИИС. Вып.

21. – М.: Трансжелдориздат, 1956 – стр. 276.

53. Матаров И.А. Работа изгибаемых железобетонных элементов под

повторными нагрузками / Сб. НТО строительной промышленности. - М.:

Госстройиздат, 1958.

119

 54. Матаров И.А. Сборные железобетонные мосты с многорядной

сварной арматурой. – М.: Трансжелдориздат, 1949 - стр. 164.

55. Матаров И.А., Прокопович А.Г., Кедров А.И. Исследование

арматуры из стали марки 25Г2С под действием статических и многократно

повторных нагрузок. / Труды ЦНИИС. Вып. 37- М.: Трансжелдориздат, 1960

- стр. 141-221.

56. Михайлов К.В. Основы расчета железобетонных конструкций на

выносливость / В сб. НИИЖБ: Расчет и конструирование элементов

железобетонных конструкций. – М.: Стройиздат, 1964.

57. Михайлов К.В., Сверчков А.Г. Выносливость арматуры

периодического профиля в состоянии поставки и с крестовыми сварными

соединениями. / В cб. НИИЖБ: Экспериментально-теоретические

исследования железобетонных конструкций. – М.: Госстройиздат, 1963.

58. Михайлов К.В., Селюков В.М. О напряженном состоянии

железобетонных балок при многократно повторяющихся нагрузках / Бетон и

железобетон, №8 - 1968.

59. Михайлов К.В., Терехова Г.Б. Исследование выносливости

арматурной стали марки 35ГС / В сб.: Новые виды арматуры. – М.:

Стройиздат, 1964.

60. Мулин Н.М. Стержневая арматура железобетонных конструкций.

– М.: Стройиздат, 1974 – 233 с.

61. Мур Г.Ф., Коммерс Д.В. Усталость металлов, дерева и бетона. -

М.: ГТИ, 1929 - 203 с.

62. Мыцик В.С. Методика оценки выносливости стальной

ортотропной плиты проезжей части автодорожных мостов: диссертация на

соискание степени канд. техн. наук: 05.23.11 / Мыцик Владимир

Станиславович - М.: ЦНИИС, 2007 – 187 с.

63. НиТУ 123-55 Нормы и технические условия проектирования

бетонных и железобетонных сооружений. – М.: Стройиздат, 1955 – 108 с.

120

 64. Новак В.В., Новак Ю.В., Павлов Е.И. Динамические испытания

сталежелезобетонного моста через р. Клязьма у г. Павловский Посад. / Труды

ЦНИИС, вып. № 202, Динамические испытания строительных материалов,

конструкций и сооружений - М.: ОАО ЦНИИС, 2000.

65. Новак Ю.В., Тропилло А.В. Мероприятия по защите от вибрации,

вызванной влиянием движения транспортных средств / Транспортное

строительство, № 7 – 2013 - стр. 28-30.

66. Постановление Правительства Российской Федерации №272 от 15

апреля 2011г. Об утверждении правил перевозок грузов автомобильным

транспортом.

67. Руководство для проектировщиков к Еврокоду 1: Воздействие на

мосты EN 1991-2, 1991-1-1, -1-3 по -1-7 и EN 1990 Приложение А2. - М.:

МИСИ-МГСУ, 2014 – 360 с.

68. Руководство для проектировщиков к Еврокоду 2 EN 1992-2:

основы проектирования сооружений из железобетона. Часть 2:

Железобетонные мосты - М.: МИСИ-МГСУ, 2014 – 607 с.

69. Саламахин П.М. Расчет на выносливость элементов инженерных

конструкций с использованием диаграммы долговечности материала и

критерия Бейли. Основы новой методики расчета элементов несущих

конструкций на выносливость / Шестнадцатый научный Межвузовский

семинар - РУДН, 2012.

70. Скоробогатов С.М., Бычков М.И., Щербаков Л.В., Лейман А.В.

Выносливость стержневой арматуры периодического профиля из стали

марки 15ГФ / Бетон и железобетон, №5 - 1967.

71. Скрамтаев Б.Г., Панфилова Л.И. Об усталости бетона. /

Строительная промышленность, №6, 1939.

72. СН 10-57 Инструкция по проектированию предварительно

напряженных конструкций – М.: Госстройиздат, 1958 – 240 c.

121

 73. СН 200-62. Технические условия проектирования

железнодорожных, автодорожных и городских мостов и труб – М.:

Трансжелдориздат, 1962 - 328 с.

74. СН 365-67. Указания по проектированию железобетонных и

бетонных конструкций железнодорожных, автодорожных и городских

мостов и труб - М.: Стройиздат, 1967 – 145 с.

75. СНиП 2.05.03-84 Мосты и трубы. - М.: ЦИТП Госстроя СССР,

1985 - 200 с.

76. СНиП 2.05.03-84* Мосты и трубы. - М.: ЦПП, 1996 – 214 с.

77. СНиП II-21-75. Бетонные и железобетонные конструкции. – М.:

Стройиздат, 1976 – 90 с.

78. СНиП II-B.1-62* Бетонные и железобетонные конструкции. — М.:

Издательство литературы по строительству, 1970 – 113 с.

79. СНиП II-И.14-69 Бетонные и железобетонные конструкции

гидротехнических сооружений. - М.: Стройиздат, 1970 – 46 с.

80. СНиП 2.03.01-84* Бетонные и железобетонные конструкции. - М.:

ЦИТП Госстроя СССР, 1988 – 80 с.

81. СНиП 2.06.08-87 Бетонные и железобетонные конструкции

гидротехнических сооружений - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1988 - 32 с.

82. СП 35.13330-2011 Мосты и трубы. - М.: ЦПП, 2011 – 340 с.

83. СТО 01373996-001-2015 Арматурные сетки заводского

изготовления, выполненные контактной сваркой, для плит проезжей части

автодорожных мостов - М.: ЦНИИС, 2015 – 23 с.

84. Тимошенко С.П. Теория упругости - Л.: М.: ОНТИ, 1937 - 453 с.

85. ТуИН Технические условия и нормы проектирования и

возведения бетонных и железобетонных сооружений. – М: Стройиздат, 1934

86. ТУПМ-37 Технические условия проектирования мостов и труб на

железных дорогах нормальной колеи. – М.: Стройиздат, 1938 – 146 с.

87. ТУПМ-56 Технические условия проектирования мостов и труб на

железных дорогах нормальной колеи. – М.: Трансжелдориздат, 1957 - 224 с.

122

 88. Ужик Г.В. Методы испытания металлов и деталей машин на

выносливость. - М.: Изд. АН СССР, 1948 – 263 с.

89. Фролов Т.Г. Определение предела выносливости бетона в связи с

расчетом железнодорожных мостов по предельным состояниям. /

Железнодорожное строительство, №10 - 1952.

90. Цейтлин А.Л. Принципы разработки новых конструктивно-

технологических систем железобетонных пролетных строений: диссертация

на соискание степени доктора техн. наук: 05.23.15 / Цейтлин Александр

Львович - М.: ЦНИИС, 1984 – 563 с.

91. Цейтлин А.Л., Васильев А.И. Оценка грузоподъемности

существующих мостов / Автомобильные дороги, № I – 1971 – стр. 13-14.

92. Чирков В.П. Вероятностные методы расчета мостовых

железобетонных конструкций. - М.: Транспорт, 1980 – 128 с.

93. Чирков В.П. Учет несимметричности циклов при расчете ресурса

железобетонных балок небольших пролетов / Труды МИИТ, вып. 430 – 1973

- стр. 76-88.

94. AASHTO LRFD Bridge Design Specifications, Customary U.S. Units,

Washington, DC: American Association of State Highway and Transportation

Officials, 3rd edition, 2004.

95. AASHTO LRFD Bridge Design Specifications, Customary U.S. Units,

Washington, DC: American Association of State Highway and Transportation

Officials, 7th edition, 2015.

96. Albert W. A. J. Über Treibseile am Harz / Archive für Mineralogie

Geognosie Bergbau und Hüttenkunde, vol. 10 - 1838 - pp 215-234.

97. Amorn W., Bowers J., Girgis A., Tadros M.K. Fatigue of Deformed

Welded-Wire Reinforcement / PCI Journal, vol.52, №1 - jan-feb 2007 – p 106.

98. Batchelor B. deV, Hewitt B.E., Csagoly P.F. Investigation of the

fatigue strength of deck slabs of composite steel/concrete bridges / Transportation

Research Record 644, Transportation Research Board - Washington, DC, 1978

123

 99. Batson G., Ball C., Bailey L. Flexural fatigue strength of steel fiber

reinforced concrete beams / Journal of ACI, vol. 69, № 11 – 1972 – pp. 673-677.

100. Boswell L.F., Chen Z., General Criterion for Fatigue Failure of Plain

Concrete / International Journal of Solids and Structures, vol. 23 – 1987 - pp.621-

630.

101. Brenner E. Versuche mit Betonkörpern die einer daueznd wirkended

Drückbelastung ausgesetzt waren / Bauingenieur, 1937.

102. Dalby W.E. Strength and Structure of Steel and Other Metals - London,

1923 -pp. 176

103. EN 1991-2: Eurocode 1: Actions on structures - Part 2: Traffic loads on

bridges -2003 - pp. 45-53.

104. EN 1992-1-1: Eurocode 2: Design of concrete structures - Part 1-1:

General rules and rules for buildings – 2004.

105. EN 1992-2: Eurocode 2: Design of concrete structures - Part 2:

Concrete bridges - Design and detailing rules – 2005 – pp. 71-79.

106. EN 1993-1-9: Eurocode 3: Design of steel structures - Part 1-9: Fatigue

– 2005 - p. 34.

107. EN 1993-2: Eurocode 3: Design of steel structures - Part 2: Steel

Bridges – 2006 - p. 102.

108. Fairbairn W. Experiments to Determine the Effect of Impact, Vibratory

Action, and Long-Continued Changes of Load on Wrought-Iron Girders /

Philosophical Transactions of the Royal Society of London, vol. 154 - 1864 - pp.

311-325.

109. Gough H.J., Hanson D. The Behavior of Metals Subjected to Repeated

Stresses / Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Containing

Papers of a Mathematical and Physical Character, vol. 104, № 727 - nov. 1, 1923 -

pp. 538-565

110. Graf O. Versuche üder den Verschiebewiderstand von Dübeln für

Verbundträger / Der Bauingenieur, vol. 25, № 8 - 1950.

124

 111. Graf O., Brenner E. Versuche zur Ermittlung der Widerstandsfähigkeit

von Beton gegen oftmals wiederholte druckbelastung. Deutscher Ausschuss für

Eisenbeton / Heft 76, 83 – 1934,1936.

112. Hawkins N.M. Fatigue Design Considerations for Concrete Bridge

Decks / Journal of ACI, vol. 73, № 2 - feb. 1976 - pp. 104-115.

113. Hawkins N.M., Heaton L.W. The Fatigue Characteristics of Welded

Wire Fabric / Report No. SM 71-3 – Department of Civil Engineering, University

of Washington, Seattle – sept. 1971.

114. Kesler C.E., Murdock J.W. Effect of Range of Stress on Fatigue

Strength of Plain Concrete Beams / Journal of ACI, vol. 55, №2 – aug. 1958 - pp.

221-231.

115. Mehmel A. Untersuchungen über Einfluss Häufig wiederholter

Druckbeanspruchungen – 1926.

116. Miner M.A. Cumulative damage in fatigue – J.Applied Mechanics, №

12 - pp A159-A164.

117. Moore H.F. Tests support theory of fatigue / Iron Tr. Rev., vol. 68 , №

13, March 31 - 1921 - pp. 895-897.

118. Moore H.F., Kommers J.B. An investigation of fatigue of metals -

Univ. of Illin., Bull 124 - 1921.

119. Moore H.F., Kommers J.B. The fatigue of metals – NY, McGraw-Hill

Book Company - 1927.

120. Nordby G. M. Fatigue of concrete. A review of research. / Journal of

ACI, vol. 55, № 2 – aug. 1958 - pp.191-220.

121. Probst E. Untersuchungen über den Einfluß wiederholter Belastungen

auf Elastizität und Festigkeit von Beton und Eisenbeton / Der Bauingenier (Berlin),

vol. 6, № 33 - 1935.

122. Sanders W.W., Hoadley P.G., Munse W.H. Fatigue Behavior of

Welded Joints in Reinforcing Bars for Concrete / The Welding Journal, Research

Supplement, vol. 40, № 12 – 1961 - pp. 529-535.

125

 123. Shah S.P., Chandra S. Fracture of Concrete Subjected to Cyclic and

Sustained Loading / Journal of ACI, vol. 67, № 10 – 1970 - pp. 816–825.

124. Slater W.A., Smith G.A., Mueller H.P. Effects of repeated reversals of

stress on double reinforced concrete beams / Tech. Pap. U.S. Bur. Stand., № 182,

Dec. 20 – 1920 - pp. 51.

125. Van Ornum J.L. Fatigue of Cement Products / Transactions, American

Society of Civil Engineers, vol. 51 – 1903 - pp. 443-451.

126. Van Ornum J.L. Fatigue of Concrete / Transactions, American Society

of Civil Engineers, vol. 58 - 1907 - pp. 294-320

127. Walls J.C.; Sanders W.W. Jr.; and Munse, W.H. Fatigue Behavior of

Butt-Welded Reinforcing Bars in Reinforced Concrete Beams / Journal of ACI,

Proceedings vol. 62, № 2 - Feb. 1965 - pp. 169-192.

128. Wöhler A. Über die Festigkeitsversuche mit Eisen und Stahl

/ Zeitschrift für Bauwesen, vol. 20 – 1870 – pp. 73-106.

126

 Приложение А

Документы о внедрении

127

128

129

130

131

132