Влияние циклической нагрузки на коррозионно-усталостную долговечность пролетных строений железобетонных мостов

Планируемая высокоскоростная железнодорожная магистраль Москва – Санкт-Петербург предъявляет высокие требования к надежности и долговечности искусственных сооружений в своем составе. Срок службы основных несущих конструкций мостов назначается директивно нормами проектирования на уровне 100 лет, при этом отсутствует возможность его обоснования и расчетного подтверждения. Опыт эксплуатации позволяет сделать вывод о том, что единичные сооружения на существующих железнодорожных линиях достигают такого срока без реконструкции или капитального ремонта. В данной статье рассматривается коррозионно-усталостная долговечность как один из аспектов методики прогнозирования срока службы моста с учетом динамической нагрузки. Данный вид деградации железобетона вызывается комбинированным действием питтинговой коррозии арматуры и циклической нагрузки, которое приводит к зарождению и росту усталостной трещины в арматурном стержне. Приведена методика расчета времени роста трещины от ее зарождения до критического значения. В составе методики рассмотрены моделирование и динамический расчет железобетонного рамного пролетного строения моста, обработка спектра изгибающего момента, выделение средней величины напряжения и количества ее повторений, моделирование роста трещины с использованием принципов механики разрушения. Проанализированы поезда А1–А10 по СП 453 в диапазоне скоростей от 120 до 400 км/ч. Получены значения времени роста усталостной трещины для отобранных поездов и скоростей, вызывающих наибольший диапазон напряжений в арматуре.

1. СП 453.1325800.2019. Сооружения искусственные высокоскоростных железнодорожных линий. Правила проектирования и строительства : свод правил : утвержден приказом Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации от 16 декабря 2019 г. № 809/пр : введен в действие с 17 июня 2020 г. Москва : Стандартинформ, 2020. 161 c.

2. Бокарев С. А., Прибытков С. С., Ефимов С. В. Остаточный ресурс железобетонных пролетных строений железнодорожных мостов // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2018. Т. 20, № 3. С. 169–183.

3. Федулов И. В. Методика вероятностной оценки ресурса железобетонных пролетных строений мостов : специальность 05.23.15 «Мосты и транпортные тоннели» : автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук / Федулов Илья Викторович. Москва : 1998. 20 с.

4. Мамажанов Р. К. Основы теории прогнозирования ресурса железобетонных мостов для Средней Азии : специальности 05.23.15 «Мосты и транспортные тоннели» и 05.23.05 «Строительные материалы и изделия» : автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук / Мамажанов Р. К. Москва, 1989. 41 с.

5. Шестовицкий Д. А. Прогнозирование срока службы железобетонных пролетных строений автодорожных мостов : специальность 05.23.11 «Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей» : автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук / Шестовицкий Дмитрий Александрович. Санкт-Петербург, 2017. 28 с.

6. Probabilistic lifetime assessment of RC structures under coupled corrosion-fatigue deterioration / E. BastidasArteaga, P. Bressolette, A. Chateauneuf, M. Sanchez-Silva // Structural Safety. 2009. Vol. 31. P. 84–96.

7. Paris P. C., Erdogan F. A Critical Analysis of Crack Propagation Laws // Journal of Basic Engineering. 1963. Vol. 85. P. 528–533.

8. Sobieck Tyler, Atadero Rebecca A., Mahmoud Hussam N. Fatigue Crack Propagation of Notched Steel Rebar in RC Beams Repaired with Externally Bonded CFRP // Journal of Composites for Construction. 2014. Vol. 19, No. 5. P. 04014076.

9. BS 7910. Guide to methods for assessing the acceptability of flaws in metallic structures / British Standards Institution (BSI). London, 2013. 306 p.

10. Bastidas-Arteaga E. Probabilistic service life model of RC structures subjected to the combined effect of chloride-induced corrosion and cyclic loading : [PhD Dissertation] / Bastidas-Arteaga E. Bogota, 2009. 141 p.