Оценка усталостной долговечности для автодорожных мостов

Метод оценки, основанный на зарегистрированном транспортном потоке

(1) История нагружения должна быть получена посредством анализа, использующего зарегистри­ро­ван­ные репрезентативные реальные данные о транспортном потоке, умноженные на динамический коэ­ф­фи­ци­ент усиления j_fat.

(2) Динамический коэффициент усиления должен учитывать динамические характеристики моста и зависеть от ожидаемой шероховатости дорожного покрытия и от любого динамического уси­ле­ния, уже включенного в записи.

Примечание — В соответствии с ISO 8608 дорожное покрытие может быть классифицировано в терминах спектральной плотности мощности PSD вертикального смещения дорожного профиля G_d, т. е. шерохо­ва­тость G_d является функцией от пространственной частоты n, т. е. G_d(n) или от угловой пространственной частоты дороги W, т. е. G_d(W), где W =2pn. Фактическая спектральная плотность мощ­нос­ти для дорожного профиля должна быть сглажена и затем описана на билогарифмическом де­мон­стра­ци­он­ном графике прямой линией в соответствующем диапазоне пространственных частот. Подогнанная PSD может быть вы­ражена в общей форме:

где n₀ — опорная пространственная частота, 0,1 циклов/м;

W₀ — опорная угловая пространственная частота,1 рад./м;

w — показатель степени подогнанного PSD.

Часто вместо смещения G_d для PSD удобно рассматривать скорость G_v для PSD, в терминах изменения вертикальной ординаты поверхности дороги в расчете на единичное расстояние перемещения. Связь меж­ду G_v и G_d:

Если w = 2, то два выражения для скорости PSD дают константу.

При постоянной скорости PSD в ISO 8608 рассматриваются 8 различных классов до­роги (A, B, …, H) с увеличивающейся шероховатостью. Предельные значения для этих классов изо­бра­жены в виде за­висимости от смещения PSD на рисунке B.1. При классификации покрытия авто­дорожного моста применяются только первые пять классов (A, B, …, E).

Качество поверхности может быть признано очень хорошим для дорожных покрытий класса A, хорошим — для покрытий класса B, средним — для покрытий класса C, плохим — для покрытий класса D
и очень плохим — для покрытий класса E.

G_d(n) — спектральная плотность мощности для смещения, м³;

l — длина волны, м;

G_d(W) — спектральная плотность мощности для смещения, м³;

n — пространственная частота, циклов/м;

W — угловая пространственная частота, рад/м.

Рисунок B.1 — Классификация дорожного покрытия (ISO 8608)

Предельные значения G_d и G_v для первых пяти классов дорожного покрытия в терминах n и W да­ны в таблицах B.1 и B.2 соответственно.

Таблица B.1 — Степень шероховатости, выраженная в терминах единиц пространственной частоты n

Дорожный класс	Степень шероховатости
Качество покрытия	Gd(n0)a), 10–6 м	Gv(n), 10–6 м
Нижний предел	Среднее геометрическое	Верхний предел	Среднее геометрическое
A	Очень хорошее	—			6,3
B	Хорошее				25,3
C	Среднее				101,1
D	Плохое				404,3
E	Очень плохое				1617,0
a) n0 = 0,1 циклов/м.

Таблица B.2 — Степень шероховатости, выраженная в терминах единиц угловой пространственной частоты W

Дорожный класс	Степень шероховатости
Качество покрытия	Gd(W0)a), 10–6 м	Gv(W), 10–6 м
Нижний предел	Среднее геометрическое	Верхний предел	Среднее геометрическое
A	Очень хорошее	—
B	Хорошее
C	Среднее
D	Плохое
E	Очень плохое
a) W0 = 1 рад/м.

(3) Если не определено другое, то зарегистрированные значения осевой нагрузки должны быть умножены на:

j_fat = 1,2 — для поверхности с хорошей шероховатостью;

j_fat = 1,4 — для поверхности со средней шероховатостью.

(4) Кроме того, при рассмотрении поперечного сечения в пределах расстояния 6,00 м от темпе­ра­тур­ного шва, значения нагрузки должны быть умножены на дополнительный динамический коэф­фи­циент усиления Dj_fat, полученный из рисунка 4.7.

(5) Классификация шероховатости проезжей части дороги может быть принята в соответствии
с ISO 8608.

(6) Для приблизительной и быстрой оценки качества шероховатости применяется следующее правило:

— можно полагать, что новые слои дорожного покрытия, например слои асфальта или бетона, обладают хорошим или даже очень хорошим качеством покрытия по показателю шероховатости;

— старые слои дорожного покрытия, которые не обслуживаются, могут быть классифицированы как имеющие среднюю шероховатость;

— слои дорожного покрытия, состоящие из булыжников или подобного материала, могут быть клас­сифицированы как средние по качеству или плохие, или очень плохие.

(7) Контактные площади колес и поперечные расстояния между колесами, как правило, должны быть приняты в соответствии с таблицей 4.8.

(8) Если данные зарегистрированы только для одной полосы движения, должны быть сделаны предположения относительно транспортного потока по другим полосам движения. Эти предположения могут быть основаны на записях, сделанных в других местах для подобного типа транспортного потока.

(9) История нагружения должна учитывать одновременное присутствие транспортных средств, за­регистрированных на мосту на любой полосе движения. Должна быть разработана процедура, позволяю­щая использовать записи о нагрузках для отдельных транспортных средств как базис.

(10) Количество велосипедов должно подсчитываться с помощью метода Rainflow или метода Reservoir.

(11) Если продолжительность регистрации менее полной недели, записи и оценка скоростей уста­лостного разрушения могут быть отрегулированы таким образом, чтобы учитывать на­блю­да­е­мые вариации грузо­на­пряженности движения и композиций в течение типичной недели. Должен быть также при­менен по­пра­вочный коэффициент, учитывающий любые будущие изменения транс­порт­ного потока.

(12) Кумулятивное усталостное разрушение, вычисленное на основании записей, должно быть умно­жено на отношение между расчетным сроком эксплуатации и продолжительностью, рассмот­рен­ной
на гистограмме. При отсутствии подробной информации рекомендуется применять коэффициент 2 — для количества грузовиков и коэффициент 1,4 — для уровней нагрузки.

Приложение C

(обязательное)

Динамические коэффициенты (1 + j) для реальных поездов

(1)P Чтобы учесть динамические эффекты, возникающие в результате движения реальных поез­дов обслуживания при некоторой скорости, силы и моменты, вычисленные на основании указанных ста­тических нагрузок, должны быть умножены на коэффициент, соответствующий максимальной разре­шенной скорости транспортного средства.

(2) Динамические коэффициенты (1 + j) также используются для расчета усталостного раз­рушения.

(3)P Статическая нагрузка, вызванная реальным поездом, движущимся со скоростью v,м/с, дол­ж­на быть умножена на:

(1 + j) = (1 + j′ + j″) — для рельсовых путей со стандартным обслуживанием (C.1)

или (1 + j) = (1 + j′ + 0,5j″) — для тщательно обслуживаемых рельсовых путей. (C.2)

Примечание — Национальное приложение может определять, какое из выражений (C.1) или (C.2) может
ис­пользоваться. Если выражение, подлежащее использованию, не определено, то рекомендуется выра­жение (C.1).

При этом

― для K < 0,76 (C.3)

и

― для K ≥ 0,76, (C.4)

где (C.5)

; (C.6)

здесь	,	если ν ≤ 22 м/с;	(C.7)
	α = 1,	если ν ≤ 22 м/с,

n — максимальная разрешенная скорость транспортного средства, м/с;

n₀ — первая собственная частота изгиба моста, нагруженного постоянными воз­дей­ствиями, Гц;

L_F — определяющая длина, м, в соответствии с 6.4.5.3;

a — коэффициент скорости.

Предел применимости для величины j′, определенной формулами (C.3) и (C.4), является нижней границей собственной частоты, приведенной на рисунке 6.10, и скорости 200 км/ч. Для всех других слу­чаев j′ должно быть определено с помощью расчета на динамическую нагрузку в соответствии с 6.4.6.

Примечание — Используемый метод должен быть согласован с соответствующей властью, определенной
в национальном приложении.

Предел применимости для величины j″, определенной формулой (C.6), является верхним пре­де­лом собственной частоты на рисунке 6.10. Для всех других случаев величина j″ может быть опре­де­лена с помощью расчета на динамическую нагрузку, учитывающего взаимодействие между неподрес­соренными массами оси поезда и массой моста в соответствии с 6.4.6.

(4)P Значения (j′ + j″) должны быть определены с использованием верхних и нижних пре­дель­ных значений n₀, если это не определено для индивидуального моста известной первой собст­вен­ной частоты.

Верхний предел n₀ определяется по формуле

(C.8)

а нижняя граница определяется по формулам

(C.9)

(C.10)

Приложение D

(обязательное)