Проектирование и строительство нормативно-методические документы arrow Искусственные сооружения на дорогах arrow Рекомендации Рекомендации по оценке и обеспечению надежности транспортных сооружений  
13.12.2018
    
Рекомендации Рекомендации по оценке и обеспечению надежности транспортных сооружений

СССР

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

ВСЕСОЮЗНЫЙ ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ
НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ
ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

УТВЕРЖДАЮ

Директора института

А. П. Кожевников

25 ноября 1989 г.

РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО ОЦЕНКЕ И ОБЕСПЕЧЕНИЮ НАДЕЖНОСТИ
ТРАНСПОРТНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Одобрены Главным научно-техническим управлением,
Главным управлением проектирования и капитального строительства

Москва 1989

ПРЕДИСЛОВИЕ

Одной из главных задач при создании конструкций транспортных сооружений является обеспечение их высокого качества. Однако существующие методы расчета конструкций, регламентирование строительными нормами и правилами на соответствующие виды сооружений, не отражают такого важного свойства, характеризующего качество, как надежность.

В настоящих Рекомендациях рассмотрены вопросы оценки и обеспечения надежности при проектировании конструкции транспортных сооружений (мостов, тоннелей и метрополитенов, защитных и противообвальных сооружений, контактной сети железных дорог, автомобильных дорог) с использованием вероятностных методов расчета, даны рекомендации по определению статистических характеристик нагрузок и материалов, приведены коэффициенты надежности по назначению для отдельных сооружений транспорта.

Рекомендации разработали доктора техн. наук Б.А. Бондарович (руководитель темы), А.А. Потапкин, Е.Н. Щербаков; кандидаты техн. наук Б.Н. Виноградов, А.П. Чучев, В.А. Тельтевская, А.И. Песов Н.Г. Хубова, Ф.И. Целиков, А.Н. Звягинцев, Г.К. Лурье, А.И. Цимеринов, Д.И. Колин, В.М. Кононов, В.В. Новак; инженеры М.Л. Палагин, Л.Н. Колина, Л.А. Бологова, С.С. Нодь, Ю.В. Новак (ЦНИИС); кандидаты техн. наук Л.А. Марков, М.Б. Корсунский, П.И. Теляев, А.Е. Мерзликин, М.Т. Работяга (СоюздорНИИ); канд. техн. наук М.М. Застава (ОИСИ) с учетом замечаний и предложений Гипротрансмоста, Ленгипротрансмоста, Союздорпроекта, Метрогипротранса, Ленметрогипротранса, Ленгипротранса, Кавгипротранса, Трансэлектропроекта, Гипропромтрансстроя, ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко, НИИЖБ, ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева.

Зав. отделением

моделирования и испытаний

конструкций                                                                 Е.Г. Игнатьев

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Настоящие рекомендации устанавливают основные положения по оценке и обеспечению конструктивной надежности при проектировании сооружений транспорта, включая мосты, тоннели, метрополитены защитные и противообвальные сооружения, контактную сеть железных дорог, автомобильные дороги.

1.2. Под конструктивной надежностью сооружения следует понимать свойство сопротивляться внешним и внутренним нагрузкам и воздействиям без нарушений регламентированных нормами предельных состояний при соблюдении правил производства работ, эксплуатации, технического содержания и ремонта.

1.3. Под отказом следует подразумевать нарушение любого из оговоренных в действующих нормативных документах на проектирование сооружений транспорта предельных состояний. Допускается перечень предельных состояний уточнять по мере изучения фактической надежности сооружений с использованием расчетных схем сооружений, более полно учитывающих особенности взаимодействия элементов.

1.4. Уровень конструктивной надежности количественно определяется величиной вероятности безотказной работы, т.е. вероятности того, что в период строительства и в течение заданного срока эксплуатации сооружения не наступит отказ.

1.5. Обеспечение заданного уровня надежности при проектировании необходимо для повышения безотказности сооружений за счет более рационального перераспределения материала в конструкции, дифференцированного подбора типовых конструкций для данных условий строительства и эксплуатации, разработки оптимальных по надежности типовых рядов конструкций.

1.6. Заданный уровень надежности обеспечивается путем введения в расчет по предельным состояниям коэффициента надежности по назначению, учитывающего степень экономической ответственности сооружения.

В соответствии с СТ 384-76 на коэффициент надежности по назначению умножается расчетное значение силового воздействия или делится расчетное значение несущей способности.

1.7. Условия введения коэффициента надежности можно представить следующим образом.

При расчетах по первой группе предельных состояний

,                                                                   (1)

где Sp - расчетное значение обобщенного силового воздействия;

 - коэффициент условий работы;

Rp - расчетное значение обобщенной несущей способности;

gc - коэффициент надежности по назначению конструкции.

Sp, Rp,  определяются в соответствии с действующими нормативными документами.

При расчетах по второй группе предельных состояний

,                                                                      (2)

где S - перемещения или деформации всего сооружения или его элементов, определяемые при расчетных эксплуатационных нагрузках;

 - коэффициент условий работы, устанавливаемый в расчетах по второй группе предельных состояний нормативными документами на проектирование отдельных видов сооружений и конструкций;

R - предельная величина перемещений и деформаций, определяемая согласно требованиям соответствующих глав СНиП;

 - коэффициент надежности по назначению по второй группе предельных состояний.

1.8. Коэффициент надежности по назначению конструкций, выполненных из конкретных материалов с определенными свойствами и находящихся под действием определенных нагрузок и воздействий, зависит от заданного уровня надежности.

1.9. Уровень надежности устанавливают на основе опыта проектирования и эксплуатации, расчетов с использованием методов теории вероятностей и экономических критериев и задают в соответствии с классом надежности сооружения.

1.10. В зависимости от назначения сооружения и общих технических требований к безотказности (для заданных условий строительства и эксплуатации объекта) класс надежности устанавливают по табл. 1.

Таблица 1

Наименование сооружения

Категория дороги

Класс надежности

Посты:

 

 

железнодорожные

I, II

1

III

2

IУ

3

автодорожные и городские

I

1

II

2

III, IУ

3

пешеходные

-

2

Трубы:

 

 

на железных дорогах

-

1

на автомобильных дорогах

-

2

Железнодорожный путь

I, II

1

III

2

IУ

3

Автомобильные дороги*

I, II, IIIп, Iс

1

III, IУ, IVп,

 

Ic

2

III, IV, IVп,

 

IIc

3

IУ,, У, IIc, IIIc

 

Транспортные тоннели и противообвальные сооружения

I, II

1

III, I У

2

Метрополитены

-

1

* 2 и 3 классы надежности для автомобильных дорог различаются типом дорожных одежд (см. п. 6.40).

1.11. Методики определения коэффициентов надежности и оценки надежности с использованием методов теории вероятностей представлены в разд. 2, 3.

1.12. Коэффициенты надежности по назначению для сооружений одного класса зависит от статистических характеристик действующих нагрузок и воздействий и несущей способности, определяемых в основном прочностными и деформационными характеристиками материалов. Рекомендации по определению прочностных и деформационных характеристик материалов представлены в разд. 4. Статистические характеристики действующих на сооружения транспорта нагрузок представлены в разд. 5. Особенности расчета коэффициентов надежности по назначению и их величины для отдельных сооружений транспорта представлены в разд. 6.

2. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ НАДЕЖНОСТИ

2.1. При расчетах на прочность по первой группе предельных состояний в соответствии с выражением (1) расчетное значение обобщенного силового воздействия S¢p определяется как произведение среднего значения обобщенной нагрузки  на коэффициент надежности по этой нагрузке .

S¢p = .                                                                     (3)

2.2. Среднее значение обобщенной нагрузки  определяется по нормативным значениям i-х нагрузок S¢н и коэффициентов К1i, ri и mi

 = ,                                                         (4)

где hi - коэффициент сочетаний;

mi - коэффициент динамичности;

К1i - отношение нормативных и средних i-х нагрузок,

2.3. Коэффициент К1i определяется как К1i = 1 + ,

где  - обеспеченность нормативного значения i-й нагрузки, выраженная числом стандартов нормального распределения;

 - коэффициент вариации i-й нагрузки.

2.4. Коэффициент надежности по обобщенной нагрузке определяют по формуле

,                                              (5)

где v - коэффициент вариации прочностных характеристик материала.

2.5. Характеристика безопасности g является функцией нормативной вероятности безотказной работы Р, назначаемой в соответствии с классом надежности конструкции.

Если нагрузки представлены распределением случайных амплитуд, зафиксированных в течение некоторого времени tн, то g находится по значению функции Лапласа Ф (g), определяемой из выражения

Ф (g) = 2 - 1,                                                          (6)

где tн - время наблюдения.

Если нагрузки представлены в виде случайного процесса, то g определяется из выражения

g = ,                                                          (7)

где  - средняя частота обобщенной нагрузки

 = , здесь                                                              (8)

 - средняя частота i-й нагрузки.

Срок службы Т, вводимый в формулу, определяется по времени действия основной для данной расчетной ситуации нагрузки.

2.6. Нормативный уровень конструктивной надежности принимают по табл. 2.

Таблица 2

Тип сооружения

Нормативный уровень конструктивной надежности r по классам

1

2

3

Стальные железнодорожные мосты

0,999997

0,999970

-

Бетонные железнодорожные, автодорожные и городские мосты

0,999970

0,999743

-

Тоннельные конструкции

0,9999999

0,999999

-

Противообвальные защитные сооружения

0,999953

0,99953

0,9953

Конструкции контактной сети железных дорог

-

0,99953

 

2.7. Допускается определять расчетное значение обобщенной нагрузки по формуле

S¢p = ShigfiSнi(1 + mi).                                                  (9)

2.8. Коэффициент условия работы gc, вводимый в расчет (1), учитывает неопределенность моделей, степень соответствия расчетной модели реальным условиям работы, например масштабный эффект, чувствительность конструкции к местным повреждениям, особенности технологии изготовления, изменение расчетных значений под влиянием температуры, влажности и агрессивности среды, длительности воздействия его многократной повторяемости и другие факторы. Значения коэффициента gc устанавливают по СниП на проектирование отдельных видов сооружений, их конструкции или другими нормативными документами.

2.9. Коэффициент надежности по назначению gп учитывает степень экономической и социальной ответственности: g¢n = g¢nэ×g¢nc.

Коэффициент надежности по назначению, учитывающий степень экономической ответственности, определяют из выражения

g¢nэ = ,                                                            (10)

где

Кн = ,                                                       (11)

,  - обеспеченность расчетных значений i-х нагрузок и несущей способности, выраженные в числе стандартов нормального распределения.

Коэффициент надежности по назначению, учитывающий степень социальной ответственности, устанавливают индивидуально.

2.10. Коэффициент снижения расчетных сопротивлений для обеспечения условий сохранения усталостной прочности вычисляют из выражения

Кч = × ,                                                    (12)

где Кз - отношение пределов усталости и текучести материала;

Кэф - эффективные коэффициенты концентрации напряжений, определяемые по СНиП;

,  - среднее значение нагрузок в расчетах на усталость и прочность.

2.11. Коэффициент Кчо определяют формуле

Кчо = ,                                                  (13)

где t - реальное время эксплуатации под нагрузкой;

 - эквивалентная частота нагрузки для расчетов на усталость;

j - коэффициент вариации приведенных напряжений.

при m = 8, j(m + 2) = 384;

N-1 = 107.

2.12. Коэффициент надежности по назначению, учитывающий снижение расчетных сопротивлений по усталости, определяют из выражения

,                                                                (14)

где e - коэффициент снижения расчетных сопротивлений по усталости по действующим нормативным документам.

2.13. Для расчета коэффициентов надежности по назначению рекомендуется программа, составленная на языке ФОРТРАН-IV для машин серии ЕС и отлаженная на машине ЕС-1033.

2.14. При расчете устойчивости конструкций коэффициент надежности по назначению определяют из условия безотказной работы сооружения как при сдвиге, так и при опрокидывании.

2.15. Характеристика безопасности при сдвиге

gТ = ,                                 (15)

при опрокидывании

gм = ,                                  (16)

где КТ и Км - соответствующие коэффициенты надежности при сдвиге и опрокидывании.

КТ = , Км = ,                                                        (17)

 и - соответствующие коэффициенты вариации Туд и Муд;

jТсд и jмоп - соответствующие коэффициенты вариации Тсд и Моп;

RТ и Rм - коэффициенты корреляции сдвигающих и удерживающих сил, опрокидывающих и удерживающих моментов.

Статистические характеристики Туд и Тсд, а также Муд и Моп, коэффициенты корреляции между ними для различных расчетных схем определяются методом Монте-Карло.

Математическое выражение для подсчета коэффициента надежности по назначению определяется в каждом конкретном случае для заданного вида конструкции.

2.16. Определение коэффициентов надежности и проверка устойчивости конструкции в целом реализованы в программах ЦНИИСа VOVS, VOВД.

2.17. Бетонные и железобетонные конструкции транспортных сооружений следует рассчитывать на температурные и влажностные воздействия по несущей способности, деформациям и перемещениям и трещиностойкости.

2.18. Расчетные температурные воздействия различны для сооружений разной массивности. В диапазоне толщин 3 - 8 м основным расчетным воздействием являются годовые колебания температуры воздуха, в диапазоне 0,5 - 4 м - декадные колебания, а при толщинах менее 0,5 м - суточные колебания температуры воздуха.

2.19. Расчет образования трещин в бетонных и железобетонных конструкциях от температурных и влажностных воздействий проводят по формуле

s £ R/К,                                                                         (18)

где s - температурно-усадочные напряжения в бетоне с учетом ползучести;

R - критерий температурно-усадочной трещиностойкости;

К - общий коэффициент запаса, который целесообразно расчленить на две составляющие (gf - коэффициент надежности по нагрузке и gм - коэффициент надежности по материалу).

2.20. Напряжения в бетоне от температурно-усадочных воздействий определяются методами строительной механики сплошных сред с учетом в необходимых случаях неупругих деформаций.

'>

Документ сокращен, так как он очень большой. Для просмотра полной версии этого документа пройдите по ссылке Бесплатный заказ нужного документа

 
< Пред.   След. >
Полезное: