1 загальні положення

1 General

1.1 Галузь застосування

1.1 Scope

1.1.1 Галузь застосування EN 1999

1.1.1 Scope of EN 1999

(1)P Стандарт EN 1999 регламентує питання проектування алюмінієвих конструкцій будівель та споруд цивільного призначення. Зміст даного документу відповідає принципам і вимогам безпеки та експлуатаційної надійності конструкцій, основам їх проектування та перевірки, наданим у EN 1990 – Основи проектування конструкцій.

(1)P EN 1999 applies to the design of buildings and civil engineering and structural works in aluminium. It complies with the principles and requirements for the safety and serviceability of structures, the basis of their design and verification that are given in
EN 1990 – Basis of structural design.

(2) EN 1999 висуває вимоги тільки до опору, експлуатаційної придатності, довговічності та вогнестійкості алюмінієвих конструкцій. Інші вимоги, такі як тепло- або звукоізоляція, у даному стандарті не розглядаються.

(2) EN 1999 is only concerned with requirements for resistance, serviceability, durability and fire resistance of aluminium structures. Other requirements, e.g. concerning thermal or sound insulation, are not considered.

(3) Стандарт EN 1999 повинен використовуватися разом з наступними документами:

(3) EN 1999 is intended to be used in conjunction with:

− EN 1990 Основи проектування конструкцій

− EN 1990 Basis of structural design

− EN 1991 Дії на конструкції

− EN 1991 Actions on structures

− Європейські стандарти будівельної продукції, які стосуються алюмінієвих конструкцій

− European Standards for construction products relevant for aluminium structures

− EN 1090-1: Виконання робіт зі сталевими та алюмінієвими конструкціями – Частина 1: Оцінка відповідності деталей конструкції⁴

− EN 1090-1: Execution of steel structures and aluminium structures – Part 1: Conformity assessment of structural components⁴

− EN 1090-3: Виконання робіт зі сталевими та алюмінієвими конструкціями – Частина 3: Технічні вимоги до алюмінієвих конструкцій⁵

− EN 1090-3: Execution of steel structures and aluminium structures – Part 3: Technical requirements for aluminium structures⁵

(4) EN 1999 поділяється на п’ять частин:

(4) EN 1999 is subdivided in five parts:

EN 1999-1-1 Проектування алюмінієвих конструкцій: Основні правила для конструкцій

EN 1999-1-1 Design of Aluminium Structures: General structural rules

EN 1999-1-2 Проектування алюмінієвих конструкцій: Розрахунок конструкцій на вогнестійкість.

EN 1999-1-2 Design of Aluminium Structures: Structural fire design

EN 1999-1-3: Проектування алюмінієвих конструкцій: Конструкції, чутливі до втоми

EN 1999-1-3 Design of Aluminium Structures: Structures susceptible to fatigue

EN 1999-1-4 Проектування алюмінієвих конструкцій: Холодноформований конструкційний листовий матеріал

EN 1999-1-4 Design of Aluminium Structures: Cold-formed structural sheeting

EN 1999-1-5 Проектування алюмінієвих конструкцій: Оболонкові конструкції

EN 1999-1-5 Design of Aluminium Structures: Shell structures

1.1.2 Галузь застосування EN 1999-1-3

1.1.2 Scope of EN 1999-1-3

(1) EN 1999-1-3 надає основні правила проектування конструкцій з алюмінієвих сплавів, приймаючи до уваги граничний стан руйнування, спричинений втомою.

(1) EN 1999-1-3 gives the basis for the design of aluminium alloy structures with respect to the limit state of fracture induced by fatigue

(2) EN 1999-1-3 надає правила для:

(2) EN 1999-1-3 gives rules for:

− проектування з безпечним терміном служби;

.− safe life design;

− проектування з урахуванням допустимих руйнувань;

− damage tolerant design;

− проектування в комплексі з випробуваннями.

− design assisted by testing.

(3) EN 1999-1-3 призначений для застосування з EN 1090-3 «Технічні вимоги до виготовлення алюмінієвих конструкцій», який містить вимоги, необхідні для проектних допусків, яких необідно дотримуватись в процесі виготовлення елементів та конструкцій.

(3) EN 1999-1-3 is intended to be used in conjunction with EN 1090-3 “Technical requirements for the execution of aluminium structures” which contains the requirements necessary for the design assumptions to be met during execution of components and structures.

(4) EN 1999-1-3 не охоплює герметичні захисні оболонки та трубопроводи.

(4) EN 1999-1-3 does not cover pressurised containment vessels or pipe-work.

(5) У EN 1999-1-3 розглядається наступне:

(5) The following subjects are dealt with in EN 1999-1-3:

Розділ 1: Загальні положення

Section 1: General

Розділ 2: Основи проектування

Section 2: Basis of design

Розділ 3: Матеріали, складові частини та з’єднуючі пристрої

Section 3: Materials, constituent products and connecting devices

Розділ 4: Довговічність

Розділ 5: Розрахунок конструкцій

Розділ 6: Втомна міцність та деталізовані категорії

Section 4: Durability

Section 5: Structural analysis

Section 6: Fatigue resistance and detail categories

Додаток А: Основи розрахунку опору втомі (обов’язковий)

Annex A: Basis for calculation of fatigue resistance [normative]

Додаток В: Вказівки щодо оцінювання розростання тріщини за допомогою механіки руйнування (довідковий)

Annex B: Guidance on assessment of crack growth by fracture mechanics [informative]

Додаток С: Випробування для розрахунку на втому (довідковий)

Annex C: Testing for fatigue design [informative]

Додаток D: Розрахунок напруження (довідковий)

Annex D: Stress analysis [informative]

Додаток Е: Адгезійні з’єднання (довідковий)

Annex E: Adhesively bonded joints [informative]

Додаток F: Діапазон малоциклової втоми (довідковий)

Annex F: Low cycle fatigue range [informative]

Додаток G: Вплив коефіцієнту напруження (довідковий)

Annex G: Influence of -ratio [informative]

Додаток H: Втомна міцність зварних з`єднань (довідковий)

Annex H: Fatigue strength improvement of welds [informative]

Додаток I: Ливарні сплави (довідковий)

Annex I: Castings [informative]

Додаток J: Таблиці деталізованих категорій (довідковий)

Annex J: Detail category tables [informative]

Додаток K: Метод стандартної деталі з місцевим напруженням (довідковий)

Annex K: Hot spot reference detail method [informative]

Бібліографія

Bibliography

1.2 Нормативні посилання

1.2 Normative references

(1) Слід використовувати нормативні посилання до EN 1999-1-1.

(1) The normative references of EN 1999-1-1 apply.

1.3 Допущення

1.3 Assumptions

(1)P Слід використовувати загальні допущення EN 1990, 1.3.

(1)P The general assumptions of EN 1990, 1.3 apply.

(2)P Слід використовувати положення
EN 1999-1-1, 1.8.

(2)P The provisions of EN 1999-1-1, 1.8 apply.

(3) P Методики проектування вважаються дійсними тільки тоді, коли дотримуються вимоги виконання, наведені в EN 1090-3, або інші еквівалентні вимоги.

(3)P The design procedures are valid only when the requirements for execution in
EN 1090-3 or other equivalent requirements are complied with.

1.4 Відміність між принципами та правилами використання

1.4 Distinction between Principles and Application Rules

(1) Наведено в EN 1990, розділ 1.4.

(1) The rules in EN 1990 clause 1.4 apply.

1.5 Терміни та визначення

1.5 Terms and definitions

1.5.1 Загальні положення

1.5.1 General

(1) Правила наведені в EN 1990, розділ 1.5.

(1) The rules in EN 1990, 1.5 apply.

1.5.2 Додаткові терміни, що використовуються в EN 1999-1-3

1.5.2 Additional terms used in EN 1999-1-3

(1) У даному Європейському Стандарті використані терміни та визначення, що наведені в EN 1990 та EN 1999-1-1 Додатково у данному стандарті використовуються наступні терміни та визначення.

(1) For the purpose of this European Standard the following terms and definitions in addition to those defined in EN 1990 and EN 1999-1-1 apply.

1.5.2.1 втома

1.5.2.1 fatigue

ослаблення частини конструкції через виникнення тріщини та розповсюдження її в результаті повторюваного перемінного напруження.

weakening of a structural part, through crack initiation and propagation caused by repeated stress fluctuations.

1.5.2.2 втомне навантаження

1.5.2.2 fatigue loading

ряд типових навантажень, описаний за допомогою положень або переміщень впливів, їх варіацій, періодичності та послідовності виникнення.

a set of typical load events described by the positions or movements of actions, their variation in intensity and their frequency and sequence of occurrence.

1.5.2.3 процес навантаження

1.5.2.3 loading event

визначена послідовність навантаження, прикладеного до конструкції, яку, в цілях проектування, передбачається повторювати з заданою періодичністю.

a defined load sequence applied to the structure, which, for design purposes, is assumed to repeat at a given frequency.

1.5.2.4 номінальне напруження

1.5.2.4 nominal stress

напруження в основному матеріалі, який примикає до місця розташування потенціальної тріщини, що розраховується у відповідності з простою межею пружності теорії матеріалів, тобто допускаючи, що плоскі перерізи залишаються плоскими, а усі дії концентрації напружень не враховуються.

a stress in the parent material adjacent to a potential crack location, calculated in accordance with simple elastic strength of materials theory, i.e. assuming that plane sections remain plane and that all stress concentration effects are ignored.

1.5.2.5 модифіковане номінальне напруження

1.5.2.5 modified nominal stress

номінальне напруження, збільшене за допомогою відповідного геометричного коефіцієнта концентрації напруження , з метою врахування геометричних змін поперечного перерізу, які не були враховані в класифікації конкретного конструкційного елементу.

а nominal stress increased by an appropriate geometrical stress concentration factor , to allow only for geometric changes of cross section which have not been taken into account in the classification of a particular constructional detail.

1.5.2.6 місцеве напруження

1.5.2.6 geometric stress

також відоме як конструкційне напруження. Це напруження нижче границі пружності в точці, що враховує всі геометричні неоднорідності, але не враховує будь-які місцеві звуження, при яких радіус переходу прямує до нуля, такі як виїмки, що виникли через незначні неоднорідності, наприклад, кромки зовнішньої поверхні зварного шва, тріщини, пошкодження, схожі на тріщини , звичайні сліди механічної обробки і.т.д.

also known as structural stress, is the elastic stress at a point, taking into account all geometrical discontinuities, but ignoring any local singularities where the transition radius tends to zero, such as notches due to small discontinuities, e.g. weld toes, cracks, crack like features, normal machining marks etc. It is in principle the same stress parameter as the modified nominal stress, but generally evaluated by a different method.

1.5.2.7 коефіцієнт концентрації локального напруження

1.5.2.7 geometric stress concentration factor

співвідношення між локальним напруженням, що оцінюється за допомогою допущення лінійної пружної поведінки матеріалу, і номінальним напруженням.

the ratio between the geometric stress evaluated with the assumption of linear elastic behaviour of the material and the nominal stress.

1.5.2.8 максимальне місцеве напруження

1.5.2.8 hot spot stress

місцеве напруження, що виникає на певній ділянці в окремому геометричному типі конструкції, наприклад, на кромці зовнішньої поверхні зварного шва в кутовому з’єднанні пустотілих профілів, для якого границя втоми, виражена в одиницях діапазону максимального місцевого напруження, як правило, відома.

the geometric stress at a specified initiation site in a particular type of geometry, such as a weld toe in an angle hollow section joint, for which the fatigue strength, expressed in terms of the hot spot stress range, is usually known.

1.5.2.9 історія напружень

1.5.2.9 stress history

хронологічний запис, що відображає виміряні або розраховані варіації напружень у певній точці конструкції за визначений період часу.

a continuous chronological record, either measured or calculated, of the stress variation at a particular point in a structure for a given period of time.

1.5.2.10 точка зміни напруження

1.5.2.10 stress turning point

значення напруження в історії напружень, при якому рівень зміни напруження змінює знак.

the value of stress in a stress history where the rate of change of stress changes sign.

1.5.2.11 пік напруження

1.5.2.11 stress peak

точка зміни напруження, в якій рівень зміни напруження змінюється з позитивного на негативний.

a turning point where the rate of change of stress changes from positive to negative.

1.5.2.12 точка мінімуму напруження

1.5.2.12 stress valley

точка зміни напруження, в якій рівень зміни напруження змінюється з позитивного на негативний.

a turning point where the rate of change of stress changes from negative to positive

1.5.2.13 постійна амплітуда

1.5.2.13 constant amplitude

термін відноситься до історії напружень, а саме до ділянок, де напруження коливається між піками та точками мінімуму напруження постійних значеннь.

relating to a stress history where the stress alternates between stress peaks and stress valleys of constant values.

1.5.2.14 перемінна амплітуда

1.5.2.14 variable amplitude

термін відноситься до будь-якої історії напружень, що містить більше, ніж одне значення пікового напруження.

relating to any stress history containing more than one value of peak or valley stress.

1.5.2.15 цикл напруження

1.5.2.15 stress cycle

частина історії напружень постійної амплітуди, в якій напруження починається та закінчується з однаковим значенням, але в процесі проходить через пік напруження та одну точку мінімуму (в будь-якій послідовності). Також цей термін означає певну частину історії напружень перемінної амплітуди, визначену за допомогою методу підрахунку циклів.

part of a constant amplitude stress history where the stress starts and finishes at the same value but, in doing so passes through one stress peak and one stress valley (in any sequence). Also, a specific part of a variable amplitude stress history as determined by a cycle counting method.

1.5.2.16 підрахунок циклів

1.5.2.16 cycle counting

процес трансформації історії напружень перемінної амплітуди у спектр циклів напружень, кожен з яких має певний діапазон напружень, наприклад, метод резервуару та метод дощового потоку.

the process of transforming a variable amplitude stress history into a spectrum of stress cycles, each with a particular stress range, e.g. the 'Reservoir' method and the 'Rain flow' method.

1.5.2.17 метод дощового потоку

1.5.2.17 rainflow method

метод підрахунку циклів, що відтворює спектр діапазону напружень на основі історії напружень.

particular cycle counting method of producing a stress-range spectrum from a given stress history.

1.5.2.18 метод резервуару

1.5.2.18 reservoir method

метод підрахунку циклів, що відтворює спектр діапазону напружень на основі історії напружень.

particular cycle counting method of producing a stress-range spectrum from a given stress history.

1.5.2.19 амплітуда напружень

1.5.2.19 stress amplitude

половина значення діапазону напружень

half the value of the stress range.

1.5.2.20 коефіцієнт напруження

1.5.2.20 stress ratio

мінімальне напруження, поділене на максимальне напруження в історії напружень постійної амплітуди або в циклі, що отриманий з історії напружень перемінної амплітуди.

minimum stress divided by the maximum stress in a constant amplitude stress history or a cycle derived from a variable amplitude stress history.

1.5.2.21 коефіцієнт інтенсивності напруження

1.5.2.21 stress intensity ratio

мінімальна інтенсивність напруження, поділена на максимальну інтенсивність напруження, що отримана з історії напружень постійної амплітуди або з циклу історії напружень перемінної амплітуди.

minimum stress intensity divided by the maximum stress intensity derived from a constant amplitude stress history or a cycle from a variable amplitude stress history.

1.5.2.22 середнє напруження

1.5.2.22 mean stress

середнє значення алгебраїчної суми максимальних та мінімальних значень напруження.

the mean value of the algebraic sum of maximum and minimum stress values.

1.5.2.23 діапазон напружень

1.5.2.23 stress range

алгебраїчна різниця між піком напруження та точкою мінімуму в циклі напружень.

the algebraic difference between the stress peak and the stress valley in a stress cycle.

1.5.2.24 діапазон інтенсивності напруження

1.5.2.24 stress intensity range

алгебраїчна різниця між максимальною інтенсивністю напруження і мінімальною інтенсивністю напруження, що отримані з піку напруження та точки мінімуму в циклі напружень.

the algebraic difference between the maximum stress intensity and the minimum stress intensity derived from the stress peak and the stress valley in a stress cycle.

1.5.2.25 спектр діапазону напружень

1.5.2.25 stress-range spectrum

гістограма частоти виникнення для всіх діапазонів напружень різних величин, що записана або розрахована для конкретного навантаження (також цей термін відомий під назвою спектр напруження).

histogram of the frequency of occurrence for all stress ranges of different magnitudes recorded or calculated for a particular load event (also known as 'stress spectrum').

1.5.2.26 розрахунковий спектр

1.5.2.26 design spectrum

загальне число всіх спектрів діапазонів напружень, що мають відношення до оцінки втоми.

the total of all stress-range spectra relevant to the fatigue assessment

1.5.2.27 деталізована категорія категорія елементів

1.5.2.27 detail category

значення надане конкретному елементу при заданому напрямі коливання напруження, для того, щоб вказати, яка крива втомної міцності підходить для оцінки втоми.

the designation given to a particular fatigue initiation site for a given direction of stress fluctuation in order to indicate which fatigue strength curve is applicable for the fatigue assessment.

1.5.2.28 зносостійкість

1.5.2.28 endurance

термін функціонування до відмови, виражений в циклах, під впливом історії напружень постійної амплітуди.

the life to failure expressed in cycles, under the action of a constant amplitude stress history.

1.5.2.29 крива втомної міцності

1.5.2.29 fatigue strength curve

кількісне співвідношення діапазону напружень та зносостійкості, яке використовується для оцінки втоми категорії конструкційного елементу, що нанесене у даному стандарті на графік за допомогою логарифмічних осей.

the quantitative relationship relating stress range and endurance, used for the fatigue assessment of a category of constructional detail, plotted with logarithmic axes in this standard.

1.5.2.30 дорустима втомна міцність

1.5.2.30 reference fatigue strength

діапазон напружень постійної амплітуди для певної деталізованої категорії для зносостійкості циклів.

the constant amplitude stress range for a particular detail category for an endurance cycles.

1.5.2.31 границя втоми постійної амплітуди

1.5.2.31 constant amplitude fatigue limit

діапазон напружень, нижче значень якого усі діапазони напружень в розрахунковому спектрі не повинні враховуватися як такі, що спричиняють втомні руйнування.

the stress range below which value all stress ranges in the design spectrum should lie for fatigue damage to be ignored.

1.5.2.32 гранична межа

1.5.2.32 cut-off limit

межа, нижче за яку діапазони напружень розрахункового спектру можуть бути виключені з розрахунку накопичених пошкоджень.

limit below which stress ranges of the design spectrum may be omitted from the cumulative damage calculation.

1.5.2.33 розрахунковий термін служби

1.5.2.33 design life

базовий термін часу, впродовж якого конструкція повинна безпечно функціонувати з допустимою можливістю того, що відмова конструкції в результаті виникнення втомних тріщин не відбудеться.

the reference period of time for which a structure is required to perform safely with an acceptable probability that structural failure by fatigue cracking will not occur.

1.5.2.34 безпечний термін служби

1.5.2.34 safe life

термін часу, впродовж якого конструкція повинна безпечно функціонувати з допустимою можливістю того, що відмова конструкції в результаті виникнення втомних тріщин не відбудеться при використанні методу проектування, який забезпечує безпечний термін служби.

the period of time for which a structure is estimated to perform safely with an acceptable probability that failure by fatigue cracking will not occur, when using the safe life design method.

1.5.2.35 стійкість до пошкоджень

1.5.2.35 damage tolerance

здатність конструкції витримувати втомні тріщини без виникнення відмови конструкції або експлуатаційної ненадійності.

ability of the structure to accommodate fatigue cracking without structural failure or unserviceability.

1.5.2.36 втомне пошкодження

1.5.2.36 fatigue damage

відношення кількості циклів заданого діапазону напружень, який повинен підтримуватися впродовж визначеного періоду часу функціонування, до зносостійкості конструкційного елементу під впливом такого ж діапазону напружень.

the ratio of the number of cycles of a given stress range which is required to be sustained during a specified period of service to the endurance of the constructional detail under the same stress range.

1.5.2.37 накопичення пошкоджень Майнера

1.5.2.37 Miner's summation

сукупність пошкоджень впродовж усіх циклів в спектрі діапазону напружень (або розрахунковому спектрі), що базується на правилі Пальмгрена-Майнера.

the summation of the damage due to all cycles in a stress-range spectrum (or a design spectrum), based on the Palmgren-Miner rule

1.5.2.38 еквівалентне втомне навантаження

1.5.2.38 equivalent fatigue loading

спрощене навантаження, зазвичай прикладене задану кількість разів таким чином, що воно може бути використане замість більш реалістичних навантаженнь при заданих умовах, щоб спричинити еквівалентну кількість втомних пошкоджень до прийнятого допустимого рівня.

a simplified loading, usually a single load applied a prescribed number of times in such a way that it may be used in place of a more realistic set of loads, within a given range of conditions, to give an equivalent amount of fatigue damage, to an acceptable level of approximation

1.5.2.39 еквівалентний діапазон напружень

1.5.2.39 equivalent stress range

діапазон напружень конструкційного елемента, що викликаний від прикладення еквівалентного втомного навантаження.

the stress range at a constructional detail caused by the application of an equivalent fatigue load

1.5.2.40 еквівалентне навантаження постійної амплітуди

1.5.2.40 equivalent constant amplitude loading

спрощене навантаження постійної амплітуди, що викликає той самий ефект втомних пошкоджень, що і реальні навантаження перемінної амплітуди.

simplified constant amplitude loading causing the same fatigue damage effects as a series of actual variable amplitude load events

1.6 Позначення

1.6 Symbols

– константа в співвідношенні розростання тріщини;

is the constant in the crack growth relationship;

– висота кутового зварного шва;

is the fillet weld throat;

– довжина тріщини;

is the crack length;

– ширина тріщини на поверхні;

is the crack width on surface;

– рівень розростання тріщини (м/цикл);

is the crack growth rate (m/cycle);

– величина втомного пошкодження, що вирахувана за заданий період часу функціонування;

is the fatigue damage value calculated for a given period of service;

– величина втомного пошкодження,що вирахувана за весь період часу функціонування;

is the fatigue damage value calculated for the full design life;

– встановлена границя величини втомних пошкоджень;

_{is the prescribed limit of the fatigue damage value;}

– характеристичний опір зсуву адгезії;

is the characteristic shear strength of adhesive;

– геометричний коефіцієнт концентрації напруження;

is the geometric stress concentration factor;

– коефіцієнт інтенсивності напруження;

is the stress intensity factor;

– діапазон інтенсивності напруження;

is the stress intensity range;

– коефіцієнт втомної міцності адгезійного з’єднання;

is the fatigue strength factor for adhesive joints;

– кількість стандартних відхилень вище середньої очікуваної інтенсивності навантаження ;

is number of standard deviations above mean predicted intensity of loading;

– кількість стандартних відхилень вище середньої очікуваної кількості циклів навантаження;

is the number of standard deviations above mean predicted number of cycles of loading;

– ефективна довжина адгезійних з’єднань внапуск;

is the effective length of adhesively bonded lap joints;

– мінімальна виявлена довжина тріщини;

is the minimum detectable length of crack;

– критична довжина тріщини;

is the fracture critical length of crack;

– логарифм за основою 10;

is the logarithm to base 10;

– постійний зворотній нахил кривої втомної міцності, або відповідний показник ступіня розростання тріщини;

is the inverse slope constant of fatigue strength curve, or respectively crack growth rate exponent;

– значення для циклів;

is the value of for cycles;

– значення для циклів;

is the value of for 5 x cycles;

– значення (або загальне число) циклів діапазону напружень;

is the number (or total number) of stress range cycles;

– зносостійкість при діапазоні напружень Δσ_i;

is the endurance under stress range Δσ_i;

– кількість циклів , при якій визначається стандартна втомна міцність;

is the number of cycles at which the reference fatigue strength is defined;

– кількість циклів при якій визначається границя втоми постійної амплітуди;

_{is the number of cycles at which the constant amplitude fatigue limit is defined;}

– кількість циклів (10⁸) при якій визначається гранична межа;

is the number of cycles (10⁸) at which the cut-off limit is defined;

– кількість циклів діапазону напружень ;

is the number of cycles of stress range ;

– вірогідність;

is the probability;

– коефіцієнт напруження;

is the stress ratio;

– товщина;

is the thickness;

– періодичність перевірок;

is the inspection interval;

– час з моменту виявлення тріщини, за який тріщина досягає критичних розмірів;

is the time for a crack to grow from a detectable size to a fracture critical size;

– розрахунковий термін служби;

is the design life;

– безпечний термін служби;

is the safe life;

– геометричний коефіцієнт тріщини в співвідношенні розростання тріщини;

is the crack geometry factor in crack growth relationship;

– частковий коефіцієнт інтенсивності втомного навантаження;

is the partial factor for fatigue load intensity;

γ_Mf – частковий коефіцієнт втомної міцності;

γ_Mf is the partial factor for fatigue strength;

– номінальний діапазон напружень (нормальне напруження);

is the nominal stress range (normal stress);

– ефективний діапазон дотичних напружень;

is the effective shear stress range;

– стандартна втомна міцність при циклах (нормальне напруження);

is the reference fatigue strength at cycles (normal stress);

– границя втоми постійної амплітуди;

is the constant amplitude fatigue limit;

– еквівалентний діапазон навантажень постійної амплітуди, що відноситься до ;

is the equivalent constant amplitude stress range related to ;

– еквівалентний діапазон навантажень постійної амплітуди, що відноситься до cycles;

is the equivalent constant amplitude stress range related to 2x10⁶ cycles;

– гранична межа;

is the cut-off limit;

– втомна міцність (нормальне напруження);

is the fatigue strength (normal stress);

– максимальне та мінімальне значення коливання напруження в циклі напружень;

is the maximum and minimum values of the fluctuating stresses in a stress cycle;

– середнє напруження.

_{is the mean stress.}

1.7 Спеціфікація для виконання робіт

1.7 Specification for execution

1.7.1 Спеціфікація виконання робіт

1.7.1 Execution specification

(1) Специфікація виконання робіт повинна включати усі вимоги до підготовки матеріалів, монтажу, з’єднань, подальшої обробки та перевірки, для забезпечення потрібної втомної міцності.

(1) The execution specification should include all requirements for material preparation, assembly, joining, post treatment and inspection in order that the required fatigue strengths are achieved.

1.7.2 Керівництво по експлуатації

1.7.2 Operation manual

(1) Керівництво по експлуатації повинне включати:

(1) The operation manual should include:

– детальну інформацію про втомні навантаження і розрахунковий термін служби, що прийняті в проекті;

– details of the fatigue loading and the design life assumed in the design;

– будь-які необхідні вимоги щодо інтенсивності контрольного навантаження та частоти повторення під час експлуатації;

– any necessary requirements to monitor loading intensity and frequency during service;

– інструкції, що передбачають будь-які модифікації конструкції, наприклад, створення отворів або зварювання, без кваліфікованого розрахунку можливих наслідків для конструкції;

– an instruction forbidding any modification of the structure, e.g. making of holes or welding, without qualified analysis of any structural consequences;

– інструкції щодо демонтажу та повторного монтажу частин, наприклад, затяжки кріпильної деталі.

– instructions for dismantling and reassembly of parts, e.g. tightening of fasteners;

– допустимі методи ремонту у випадку випадкового пошкодження конструкції (наприклад, вм'ятини, просочування, розриви і.т.д.).

– acceptable repair methods in the event of accidental damage in-service (e.g. dents, penetrations, tears, etc).

1.7.3 Керівництво по перевірці та технічному обслуговуванню

1.7.3 Inspection and maintenance manual

(1) Керівництво по технічному обслуговуванню повинне включати графік будь-яких необхідних перевірок, що проводяться під час експлуатації, для частин, що найбільше зазнають втоми. Особливе значення це має при проектуванні, що передбачає стійкість конструкції до пошкоджень. У такому випадку керівництво повинне включати:

(1) The maintenance manual should include a schedule of any necessary in-service inspection of fatigue critical parts. In particular, where damage tolerant design has been used, this should include:

– методи перевірки;

– the methods of inspection;

– місця проведення перевірки;

– the locations for inspection;

– періодичність перевірок;

– the frequency of inspections;

– за потреби – максимально допустимий розмір тріщини до корекції;

– the maximum permissible crack size before correction is necessary;

– детальну інформацію щодо методів ремонту або заміни частин, що зазнали втомних тріщин.

– details of methods of repair or replacement of fatigue cracked parts.

2 Основи проектування

2 BASIS OF DESIGN

2.1 Загальні положення

2.1 General

2.1.1 Основні вимоги

2.1.1 Basic requirements

(1)P Ціль проектування конструкції з урахуванням граничного стану втоми полягає в тому, щоб переконатися в припустимому рівні вірогідності того, що функціонування конструкції буде належним впродовж усього розрахункового терміну її служби. Наприклад, необхідна впевненість у тому, що не відбудеться руйнування конструкції через втому, а також у тому, що не виникне неочікувана необхідність в ремонті через виникнення пошкоджень, спричинених втомою, на протязі розрахункового терміну служби.

(1)P The aim of designing a structure against the limit state of fatigue is to ensure, with an acceptable level of probability, that its performance is satisfactory during its entire design life, such that the structure shall not fail by fatigue nor shall it be likely to require undue repair of damage caused by fatigue during the design life.

Проектування алюмінієвих конструкцій з урахуванням граничного стану втоми може базуватися на одному з наступних методів:

The design of aluminium structures against the limit state of fatigue may be based on one of following methods:

а) метод проектування, що забезпечує безпечний термін служби (див. 2.2.1);

a) Safe life design (see 2.2.1);

b) проектування з урахуванням допустимих руйнувань (див. 2.2.2).

b) Damage tolerant design (see 2.2.2).

Будь-який з методів a) та b)може бути доповнений або замінений проектуванням в комплексі з випробуваннями (див. 2.2.3).

Either of methods a) and b) may be supplemented or replaced by design assisted by testing (see 2.2.3).

Примітка. Національний додаток може надавати правила застосування методу проектування з урахуванням допустимих руйнувань, див.
Додаток А.

NOTE: The National Annex may give rules for the application of the damage tolerant design method, see Annex A.

(2) Правила проектування надаються в інших частинах EN 1999.

(2) The design rules in the other parts of
EN 1999 apply.

2.2 Методики розрахунку на втому

2.2 Procedures for fatigue design

2.2.1 Метод проектування, що забезпечує безпечний термін служби

2.2.1 Safe life design

(1) Даний метод базується на розрахунку пошкоджень, які виникли впродовж розрахункового терміну служби, з використанням стандартних даних нижної межі зносостійкості та верхної межі втомного навантаження. Цей метод дає консервативну оцінку втомної довговічності.

(1) This method is based on the calculation of damage during the structure's design life using standard lower bound endurance data and an upper bound estimate of the fatigue loading. The method provides a conservative estimate of fatigue life.

(2) Метод включає прогнозування історій напружень на потенційних місцях виникнення напружень, за яким слідує підрахунок діапазонів напружень та компіляція спектрів напруження. За допомогою цієї інформації оцінка розрахункового терміну служби здійснюється за допомогою відповідного діапазону напружень втомної міцності для відповідного конструкційного елементу. Цей метод наведений в А.2

(2) The method involves prediction of the stress histories at potential initiation sites, followed by counting of stress ranges and compilation of stress spectra. From this information an estimate of the design life is made using the appropriate stress range endurance data for the constructional detail concerned. This method is given in A.2.

(3) Для методу проектування, який забезпечує безпечний термін служби, значення для всіх циклів при використанні правила Майнера повинне задовольняти наступній умові:

(3) For safe life design the damage for all cycles using Miner's summation should fulfil the condition:

(2.1)

де

розраховується відповідно до методики, наданої в A.2.

where:

is calculated in accordance with the procedure given in A.2.

Примітка. Величина може надаватися в Національному додатку. Рекомендоване максимальна величина дорвнює 1,0.

NOTE: The value of may be given in the National Annex. A recommended maximum value for is 1,0.

2.2.2 Метод проектування з урахуванням допустимих руйнувань

2.2.2 Damage tolerant design

(1) Даний метод базується на спостереженнях за розростанням тріщини за допомогою обов’язкової програми огляду.

(1) This method is based on monitoring fatigue crack growth by means of a mandatory inspection program.

Примітка. Метод можна застосовувати у тому випадку, якщо оцінка безпечного терміну служби показує, що втома має значний вплив на економічний розрахунок та якщо високий ризик виникнення втомних тріщин впродовж розрахункового термну служби є виправданим і дозволеним принципами методу проектування, який забезпечує безпечний термін служби. Даний метод має за мету отримання такого ж рівня надійності, як при використанні методу проектування, який забезпечує безпечний термін служби.

NOTE: The method may be suitable for application where a safe life assessment shows that fatigue has a significant effect on design economy and where a higher risk of fatigue cracking during the design life may be justified than is permitted using safe life design principles. The method is intended to result in the same reliability level as obtained by using the method of safe life design.

(2) Метод передбачає визначення мінімального помітного розміру тріщини на потенційних ділянках виникнення тріщин. Розраховуються історії напружень на ділянках, після чого підраховуються діапазони інтенсивності напружень та компілюються спектри інтенсивності напружень. Ця інформація використовується з співвідношенням розростання тріщини для сплаву для визначення рівня розростання тріщини. Оцінюється час, який потрібен на розростання тріщини до максимально допустимого розміру, а також відповідно визначається режим перевірки. Метод та умови його застосування надано у A.3.

(2) The method involves the determination of the minimum detectable crack size at potential initiation sites. The stress histories at the sites, followed by counting of stress intensity ranges and compilation of stress intensity spectra are calculated. This information is used with a crack growth relationship for the alloy to calculate the crack growth rate. The time taken for the crack to grow to a maximum safe crack size is estimated and an inspection regime specified accordingly. The method and conditions for its application are given in A.3.

Примітка. Рекомендації щодо даних розростання тріщини надаються у Додатку В.

NOTE: Recommendations for crack growth data are given in Annex B.

2.2.3 Проектування за допомогою випробувань

2.2.3 Design assisted by testing

(1) Даний метод повинен використовуватися у випадку, якщо необхідні дані про навантаження, чутливість, втомну міцність або розростання тріщини не доступні зі стандартів або інших джерел специфічного застосування, а також для оптимізації конструкційних деталей. Дані випробувань повинні використовуватися замість стандартних даних лише при умові, що вони отримуються і застосовуються в контрольованих умовах.

(1) This method should be used where the necessary loading data, response data, fatigue strength data or crack growth data are not available from standards or other sources for a particular application, and for optimisation of constructional details. Test data should only be used in lieu of standard data on condition that they are obtained and applied under controlled conditions.

Примітка. Перевірка проекту за допомогою випробувань повинна проводитись відповідно до вказівок Додатку С.

NOTE: Verification of design by testing should be carried out in accordance with Annex C.

2.3 Втомне навантаження

2.3 Fatigue loading

2.3.1 Фактори, що спричиняють виникнення втомного навантаження

2.3.1 Sources of fatigue loading

(1)P Усі фактори, що спричиняють виникнення коливань напруження в конструкції, повинні бути визначені.

(1)P All sources of fluctuating stress in the structure shall be identified.

(2) Розглядаються наступні фактори, які спричиняють коливанння напруження:

a) тимчасові рухомі навантаження, включаючи вібрації, спричинені машинним обладнанням в постійних конструкціях;

b) навантаження, спричинені зовнішніми умовами, такими як вітер, хвилі і.т.д.;

c) сили прискорення в рухомих конструкціях;

d) динамічна реакція, спричинена резонансним ефектом;

(2) The following sources of fluctuating stresses should be considered:

a) Superimposed moving loads, including vibrations from machinery in stationary structures;

b) loads due to exposure conditions such as wind, waves, etc.;

c) acceleration forces in moving structures;

d) dynamic response due to resonant effects;

Примітка. Інформацію щодо обмеження втоми, що спричинена місцевою повторюваною втратою стійкості див. у D.3.

NOTE: For limitation of fatigue induced by repeated local buckling see D.3.

e) зміни температури.

e) temperature changes.

(3) Величина втомного навантаження повинна прийматися відповідно до EN 1991 або відповідно до іншого Європейского стандарту, що містить вказіки на цю тему.

(3) The fatigue load should be obtained from EN 1991 or other relevant European standard.

Примітка 1. Параметри впливу, як вказано у EN 1991, можуть виражатися будь-яким з наступних значень:

стандартизований спектр, або

_{що відноситься до циклів^.}

_{відповідно доциклів.}

Динамічні ефекти включені в ці параметри, якщо не вказано інше.

NOTE 1: The action parameters as given in EN 1991 are either

standardized spectrum or

_{related to or}

corresponding to cycles.

Dynamic effects are included in these parameters unless otherwise stated.

Примітка 2. Національний додаток може надавати правила визначення втомного навантаження для випадків, що не передбачені Європейським стандартом.

NOTE 2. The National Annex may give rules for the determination of the fatigue load for cases not covered by a European standard.

2.3.2 Отримання значень втомного навантаження

2.3.2 Derivation of fatigue loading

(1) Окрім стандартів втомного навантаження, повинні бути розглянуті наступні пункти.

(1) In addition to the fatigue load standards the following clauses should be considered:

(2) Навантаження втоми зазвичай повинні бути вказані в показниках спектру розрахункового навантаження, який визначає діапазон інтенсивності конкретного рухомого навантаження та кількість разів прикладення кожного рівню інтенсивності впродовж розрахункового терміну служби конструкції. Якщо можуть виникнути два або більше рухомих навантаження, необхідно визначити фази між ними.

(2) Load for fatigue should normally be described in terms of a design load spectrum, which defines a range of intensities of a specific live load event and the number of times that each intensity level is applied during the structure's design life. If two or more independent live load events are likely to occur then it will be necessary to specify the phasing between them.

(3) Реалістична оцінка втомного навантаження має вирішальне значення для розрахунку терміну служби конструкції. У випадку, коли немає паспортних даних щодо наявності рухомого навантаження, потрібно отримати дані за допомогою існуючих конструкцій, які зазнають подібних впливів.

(3) Realistic assessment of the fatigue load is crucial to the calculation of the life of the structure. Where no published data for live load exist, resort should be made to obtaining data from existing structures subjected to similar effects.

(4) В процесі виконання записів тривалих деформацій або відхилень впродовж відповідного періоду виборки, дані щодо навантаження повинні бути виведені за допомогою подальшого аналізом реакції. Слід приділити особливу увагу для оцінки динамічного збільшення впливів, при якому частоти навантаження наближаються до нормальних частот конструкції.

(4) By recording continuous strain or deflection measurements over a suitable sampling period, load data should be inferred by subsequent analysis of the response. Particular care should be taken to assess dynamic magnification effects where load frequencies are close to one of the natural frequencies of the structure.

Примітка. Подальші вказівки надано у Додатку С.

NOTE: Further guidance is given in Annex C.

(5) Спектр розрахункових навантажень повинен обиратися на основі верхньої межі оцінки сумарних умов функціонування впродовж усього терміну служби конструкції. Необхідно приймати до уваги усі можливі впливи робочих та зовнішніх умов, виходячи з можливого використання конструкції впродовж даного періоду.

(5) The design load spectrum should be selected on the basis that it is an upper bound estimate of the accumulated service conditions over the full design life of the structure. Account should be taken of all likely operational and exposure condition effects arising from the foreseeable usage of the structure during that period.

(6) Межа достовірності, яка використовується для спектру інтенсивності навантаження, повинна бути основана на середній вірогідній величині плюс k_F стандартних відхилень. Межа достовірності, яка використовується для кількості циклів в спектрі розрахункового навантаження, повинна бути основана на середній вірогідній величині плюс k_N стандартних відхилень.

(6) The confidence limit to be used for the intensity of the design load spectrum should be based on the mean predicted value plus k_F standard deviations. The confidence limit to be used for the number of cycles in the design load spectrum should be based on the mean predicted value plus k_Nstandard deviations.

Примітка. Величини та можуть бути визначені в Національному додатку. Рекомендуються числові значення , та . Див. також Примітку 2 у підрозділі 2.4 (1).

NOTE: Values of and may be defined in the National Annex. The numerical values , and are recommended. See also NOTE 2 under 2.4 (1).

2.3.3 Еквівалентні втомні навантаження

2.3.3 Equivalent fatigue loading

(1) Спрощене еквівалентне втомне навантаження може бути використано, якщо задовольняються наступні умови:

a) конструкція знаходиться в межах основних конструкційних форм та розмірів, для яких існує визначене еквівалентне втомне навантаження;

b) реальне втомне навантаження з ідентичною інтенсивністю та частотою прикладається аналогічним способом, що прийнятий для отримання значень еквівалентного втомного навантаження;

c) величини , , та , див. рис. 6.1, що прийняті для отримання значень еквівалентного втомного навантаження, дорівнюють відповідним величинам оцінюваної конструкційної деталі.

(1) A simplified equivalent fatigue load may be used if the following conditions are satisfied:

a) The structure falls within the range of basic structural forms and size for which the equivalent fatigue load was originally derived;

b) the real fatigue load is of similar intensity and frequency and is applied in a similar way to that assumed in the derivation of the equivalent fatigue load;

c) the values of , , and , see Figure 6.1, assumed in the derivation of equivalent fatigue load are the same as those appropriate to the constructional detail being assessed.

Примітка. Деякі еквівалентні втомні навантаження можуть бути визначені при допущенні простого тривалого нахилу, при якому та . При прикладенні навантажень з численними циклами низької амплітуди результатом може бути дуже консервативна оцінка терміну служби.

NOTE: Some equivalent fatigue loads may have been derived assuming a simple continuous slope where and . For many applications involving numerous low amplitude cycles this will result in a very conservative estimate of life.

d) Динамічна реакція конструкції буде досить низькою, якщо резонансні ефекти, що будуть спричинені різницею маси, жорсткості та коефіцієнтом затухання, не матимуть великого впливу на накопичення Майнера.

d) The dynamic response of the structure is sufficiently low that the resonant effects, which will be affected by differences in mass, stiffness and damping coefficient, will have little effect on the overall Miner summation.

(2) У випадку, якщо еквівалентне втомне навантаження визначене спеціально для використання в будівництві сплавів алюмінію , усі вказівки, описані вище у (1), повинні прийматися до уваги.

(2) In the event that an equivalent fatigue load is derived specifically for an aluminium alloy structural application, all the matters addressed in (1) above should be taken into account.

2.4 Часткові коефіцієнти для втомних навантажень

2.4 Partial factors for fatigue loads

(1) Якщо втомні навантаження були отримані у відповідності з вимогами 2.3.1 (2) та 2.3.2, то до навантаження повинен бути застосований частковий коефіцієнт, щоб отримати розрахункове навантаження .

(1) Where the fatigue loads have been derived in accordance with the requirements of 2.3.1 (2) and 2.3.2 a partial factor should be applied to the loads to obtain the design load .

(2.2)

де

_– частковий коефіцієнт втомних навантажень.

where:

_{is the partial factor for fatigue loads.}

Примітка 1. Часткові коефіцієнти можуть бути визначені в Національному додатку. Рекомендується значення = 1,0

NOTE 1: The partial factors may be defined in the National Annex. A value of = 1,0 is recommended.

Примітка 2. Якщо втомні навантаження базуються на інших межах достовірності, які не вказані у 2.3.2(5), то рекомендовані значення для часткових коефієнтів приймаюься по таблиці 2.1. Альтернативні значення можуть бути надані в Національному додатку.

NOTE 2: Where fatigue loads have been based on other confidence limits than those in 2.3.2(5), recommended values for partial factors on loads are givEN in Table 2.1. Alternative values may be specified in the National Annex.