Jännevirran sillan väsymismitoitus mitatulla liikennekuormalla

Abstract

Työssä verrataan Eurokoodin mukaisia väsytyskuormakaavioita Suomessa mitattuihin todellisiin liikennekuormiin. Eurokoodin mukainen väsymismitoitus tehdään väsytyskuormakaavioille FLM 3 ja FLM 4. Mitatut liikennekuormat on saatu Suomessa tehdyistä liikenteen automaattisista mittauksista, akselimassatutkimuksesta ja silta-WIM -mittauksista. Väsymismitoitus tehdään Jännevirran sillalle. Silta on teräksinen jatkuva betonikantinen liittopalkkisilta, jonka jännemitat ovat 50 + 70 + 100 + 120 + 100 + 70 + 50 m ja hyödyllinen leveys on 15,25 m. Tutkittavat detaljityypit ovat: laipan jatkaminen, lisälevyn päättäminen, vaarnan hitsi laippaan ja pystyjäykisteen hitsi alalaippaan. Tavoitteena on selvittää, miten tarkasti eri liikennekuormilla tehdyt mitoitukset vastaavat toisiaan ja onko FLM 3 mahdollisesti yli- tai alimitoittava todelliseen liikennekuormaan verrattuna tutkittavassa pitkiä jännevälejä sisältävässä sillassa. Mitatusta liikennekuormasta arvioidaan myös ajoneuvojen painorajoitusten noston vaikutusta liikenteen väsytyskuormittavuuteen. Lisäksi työssä perehdytään hitsin jälkikäsittelymenetelmiin, joilla voi parantaa detaljien väsymiskestävyyttä.

Laskennan tuloksissa sillan kahdessa lyhyimmässä aukossa (L = 50 m ja 70 m) sijaitsevien detaljien väsymismitoituksessa FLM 3 on ylimitoittava. Kahden pisimmän aukon (L =100 m ja 120 m) kriittisissä detaljeissa FLM 3 on alimitoittava. Detaljien väsymisvauriot pysyvät kuitenkin sallituissa rajoissa. Jänneväliltään pitkissä aukoissa mitattujen liikennekuormien aiheuttama väsymisvaurio on suuri, koska pitkälle jännevälille mahtuu kulkemaan monta raskasta ajoneuvoa peräkkäin. FLM 4 mitoituksen tulokset ovat epäluotettavia muihin väsytyskuormiin verrattuna. Tutkimuksen tulosten perusteella FLM 3 mitoitus vaatii kehittämistä, jotta se soveltuu käytettäväksi Suomessa jänneväliltään pitkille silloille. Myös FLM 4 mitoitus pitäisi kehittää Suomen ajoneuvoliikennettä vastaavaksi.

In this work Eurocode Fatigue Load Models are compared with real traffic loads measured in Finland. The fatigue design conforming to Eurocode is done with FLM 3 and FLM 4. The measured traffic loads have been obtained from automatic traffic measurements, axle load survey and bridge weigh in motion measurements that have been carried out in Finland. The fatigue design is done to the Jännevirta Bridge. The bridge is a continuous composite girder bridge, which spans are 50 + 70 + 100 + 120 + 100 + 70 + 50 m and the effective width is 15.25 m. The details chosen for the research are: the splice of the flange, the additional plate closure, the shear stud welded to the flange and the vertical stiffener welded to the lower flange. The aim is to find out how closely the fatigue design done by different traffic loads correspond to each other and whether the FLM 3 is over- or underestimating fatigue damage compared with the actual traffic load in the bridge with long spans. The change in fatigue damage due to increased vehicle weight limits is examined based on measured traffic loads. In addition, the post weld treatment methods that can improve the fatigue strength of the details are studied in the work.

The calculation results show that the FLM 3 is overestimating fatigue damage in the details located at the two shortest opening of the bridge (L = 50 m and 70 m). In critical details located at the two longest opening of the bridge (L = 100 m and 120 m) the FLM 3 is underestimating fatigue damage. However, the fatigue damage of all details remains within the permitted limits. The fatigue damage is high in the long spans because many heavy vehicles in a row fit onto the long span. The FLM 4 results are unreliable in comparison with other fatigue loading. Based on the results FLM 3 requires the development so that it is suitable for use in Finland for long span bridges. Also FLM 4 should be developed to match the Finnish vehicle traffic.