National Transport Library Research Database

Adaptiva strukturberäkningar för utvärdering av broar (Adptive structural analysis for assessment of bridges)

  • Plos, Mario
  • Chalmers tekniska högskola AB, Universitet eller högskola, 556479-5598
Sponsors, duration, budget: Trafikverket ; 2008-06-01 -- 2008-12-31 ; 330000 kronorRegistration number:
  • Trafikverket AL90 B 2007:24406
Subject(s): Notes: Projektet har avslutats utan att det gav något resultat att publicera.Abstract: De senaste decennierna har utvecklingen av avancerade strukturanalyser med till exempel finit elementmetod (FEM) varit stark. Med sådana analyser kan högre bärförmåga påvisas för många broar och en bättre förståelse för broarnas verkningssätt kan uppnås, se t.ex. SB-LRA (2007), Broo et al. (2007), Plos och Gylltoft (2002, 2006), Plos et al. (2004). Med mer avancerade strukturanalyser kan broar dimensioneras och utvärderas mer optimalt och man kan undvika att broar byts ut i förtid eller förstärks i onödan, Plos (2002). Det saknas emellertid en enhetlig metodik för användning av strukturanalyser på olika noggrannhetsnivåer. Strukturanalyser på olika nivåer behöver kunna kopplas till varandra, och övergången mellan olika nivåer måste kunna ske på ett effektivt och strukturerat sätt. Likaså saknas kunskap om hur brons tillstånd och verkliga respons kan inkluderas i strukturberäkningarna. I ett tidigare projekt har en metodik för hur skador och nedbrytning kan inkluderas föreslagits, Zandi Hanjari et al. (2007). Den föreslagna metodiken behöver ytterligare verifieras och eventuellt vidareutvecklas för praktisk tillämpning på hela broar. I ett annat projekt studerades hur strukturmodeller kan förbättras med hjälp av fältmätningar och övervakning, Schlune et al. (2007). Här behöver metoderna och deras tillämpning vidareutvecklas för att bli praktiskt användbara vid utvärdering av broar. Målet med projektet är därför att utveckla metoder för förbättrade strukturberäkningar för utvärdering av bärförmåga och verkningssätt, samt dimensionering av broar. Metoderna skall demonstreras på praktiska fall för att vara praktiskt tillämpbara för den moderne brokonstruktören. Syftet är att kunna utnyttja befintliga broar optimalt och att uppnå en effektivare materialanvändning i nya broar. Projektet avses vara generellt med avseende på konstruktionsmaterial och brotyper, och omfattar såväl betong-, stål- som samverkansbroar. De metoder som utvecklas skall vara anpassade för beräkning i såväl bruks- som brottgränstillstånd och leda till ett undre gränsvärde på t.ex. bärförmågan, med hänsyn till avsedd säkerhet. Projektet baseras på den kunskap som finns internationellt inom området och på resultaten från flera pågående projekt för Vägverket, Banverket och inom EU-projektet Sustainable Bridges. Projektet genomförs i tätt sammanhållna delprojekt som tillsammans skall resultera i gemensamma riktlinjer för avancerade strukturberäkningar av broar. Projektet omfattar utveckling av modelleringstekniken för olika fenomen och för hur dessa kopplas till varandra för analys av en bro. Ett exempel är modellering av samtidig korrosion och frostskada vid utvärdering av en befintligs bros bärförmåga. Strukturanalyserna kopplas också till inspektioner, oförstörande provning och övervakning. Genom kalibrering av strukturmodellerna mot mätningar kan osäkra modellparametrar bestämmas, exempelvis avseende randvillkor och knutpunkters styvhet. Projektet genomförs av doktorander i samverkan med aktivt arbetande disputerade forskare. Projektet kommer att leda till forskarexamina för de deltagande doktoranderna. Projektet förväntas resultera i mer effektiv modelleringsteknik baserad på bättre förståelse av broarnas verkningssätt – att göra den goda analysen möjlig. Praktiska riktlinjer för avancerade strukturberäkningar av broar kommer att tas fram och göras tillgängliga på Internet. Detta kommer att bidra till effektiva och uthålliga brokonstruktioner i framtiden. Projektet gör det också möjligt att vidmakthålla och utveckla en kompetent forskningsmiljö för brobyggande inom landet. Referenser: Broo, H., Plos, M., Lundgren, K., and Engström, B. (2007). Simulation of shear-type cracking and failure with non-linear finite-element method. Magazine of Concrete Research, Vol. 59, Issue 9, pp. 673-687. Plos M., Gylltoft K. (2006): Evaluation of Shear Capacity of a Prestressed Concrete Box Girder Bridge using Non-Linear FEM. Structural Engineering International, Vol. 16, No. 3, August 2006, IABSE, pp. 213-221. Plos M., Gylltoft K., Jeppsson J., Carlsson F., Thelandersson S., Enochsson O. & Elfgren L. (2004): Evaluering av bärförmåga hos broar med hjälp av förfinade analysmetoder. Inst. för konstruktion och mekanik, Chalmers tekniska högskola, Rapport 04:3, Göteborg 2004, 56 sid. Plos M., Gylltoft K. (2002): Bärighetsutredningar av broar i framtiden: Nyanserade beräkningsmetoder såsom finit elementmetod. Inst. för konstruktionsteknik, Chalmers tekniska högskola, Rapport 02:6, Göteborg 2002, 28 sid. Plos M. (2002): Improved Bridge Assessment using Non-linear Finite Element Analyses. Bridge Maintenance, Safety and Management (Proceedings of the First International Conference on Bridge Maintenance, Safety and Management, IABMAS 2002, Barcelona, Spain, 14-17 july, 2002), Publication of International Center for Numerical Methods in Engineering (CIMNE), Barcelona, 8 pp. SB-LRA (2007): Guideline for Load and Resistance Assessment of existing European Railway Bridges. Prepared by Sustainable Bridges - a project within EU FP6. Available from: www.sustainablebridges.net Schlune H., Plos M., Gylltoft K. (2007): Bridge Model Updating based on Field Measurements for the New Svinesund bridge (Paper under preparation) Zandi Hanjari K., Kettil P., Lundgren K. (2007): Analysis of Mechanical Behaviour of Frost-damaged Reinforced Concrete Structures. (Paper under preparation).Abstract: During the last decades, the development of advanced structural analysis with e.g. the finite element method (FEM) has been strong. With such analyses, higher load carrying capacities can be shown for many bridges and a better understanding of their structural response can be achieved, see e.g. SB-LRA (2007), Broo et al. (2007), Plos and Gylltoft (2002, 2006), Plos et al. (2004). With more advanced structural analysis, more optimal design and assessment of bridges can be made and preterm replacement and unnecessary strengthening can be avoided, Plos (2002). However, a uniform methodology for the use of structural analyses on different levels of detailing is lacking. There is a need to couple structural analyses on different levels, and it should be able to make transitions between different levels in an effective and structured way. Furthermore, the knowledge of how the condition and actual response of a bridge should be included in the structural analysis is insufficient. In a previous project, a methodology was proposed for how damage and deterioration can be included, Zandi Hanjari et al. (2007). The methodology proposed need to be verified and possibly further developed for practical application on entire bridges. In another project, studies are made on how structural models can be improved using field measurements and monitoring, Schlune et al. (2007). Here, the methods and their application need to be further developed to be practically useful on bridges. The objective of the project is to develop methods for improved structural analysis for assessment of load carrying capacity and response, and for design of bridges. The methods will be demonstrated on practical cases in order to be practically applicable for the modern bridge engineer. The aim is to be able to utilise existing bridges optimally and to achieve a more effective material use in new bridges. The project is intended to be general with respect to structural materials and bridge types, and will comprise concrete as well as steel and composite bridges. The methods developed should be applicable in serviceability as well as in ultimate limit state and should give a lower bound value e.g. for the load carrying capacity, with respect to the intended safety. The project is based on the international state-of-art knowledge within the area and on the results from several ongoing projects for the Swedish Road Administration and the Swedish Rail Administration and from the EU project Sustainable Bridges. The project will be carried out in closely linked project parts that together will result in common guidelines for advanced structural analysis of bridges. The project consists of development of modelling techniques for different phenomena and of how these should be coupled in the analysis of a bridge. An example is the modelling of simultaneous corrosion and frost damage when assessing the load carrying capacity of an existing bridge. The structural analysis will also be coupled to inspections, non-destructive testing and monitoring. Through calibration of the structural models based on measurements, model parameters not satisfactory known can be determined, e.g regarding the boundary conditions and the stiffnesses of connections. The project will be performed by research students together with graduated researchers, taking active part in the research work. The project will lead to research degrees for the research students involved. The project is expected to result in more effective modelling techniques based on a better understanding of the response of bridges – to make the sound analysis possible. Practical guidelines for advanced structural analysis will be developed and made available on the Internet. This will contribute to effective and sustainable bridge structures in the future. The project will also make it possible to maintain and further develop a competent research environment in bridge engineering in Sweden. References: Broo, H., Plos, M., Lundgren, K., and Engström, B. (2007). Simulation of shear-type cracking and failure with non-linear finite-element method. Magazine of Concrete Research, Vol. 59, Issue 9, pp. 673-687. Plos M., Gylltoft K. (2006): Evaluation of Shear Capacity of a Prestressed Concrete Box Girder Bridge using Non-Linear FEM. Structural Engineering International, Vol. 16, No. 3, August 2006, IABSE, pp. 213-221. Plos M., Gylltoft K., Jeppsson J., Carlsson F., Thelandersson S., Enochsson O. & Elfgren L. (2004): Evaluering av bärförmåga hos broar med hjälp av förfinade analysmetoder. (Evaluation of load carrying capacities of bridges using enhanced analysis methods. In Swedish.) Inst. för konstruktion och mekanik, Chalmers tekniska högskola, Rapport 04:3, Göteborg 2004, 56 sid. Plos M., Gylltoft K. (2002): Bärighetsutredningar av broar i framtiden: Nyanserade beräkningsmetoder såsom finit elementmetod. (Structural assessment of bridges in the future: Advanced analysis methods such as the finite element method. In Swedish.) Inst. för konstruktionsteknik, Chalmers tekniska högskola, Rapport 02:6, Göteborg 2002, 28 sid. Plos M. (2002): Improved Bridge Assessment using Non-linear Finite Element Analyses. Bridge Maintenance, Safety and Management (Proceedings of the First International Conference on Bridge Maintenance, Safety and Management, IABMAS 2002, Barcelona, Spain, 14-17 july, 2002), Publication of International Center for Numerical Methods in Engineering (CIMNE), Barcelona, 8 pp. SB-LRA (2007): Guideline for Load and Resistance Assessment of existing European Railway Bridges. Prepared by Sustainable Bridges - a project within EU FP6. Available from: www.sustainablebridges.net Schlune H., Plos M., Gylltoft K. (2007): Bridge Model Updating based on Field Measurements for the New Svinesund bridge (Paper under preparation) Zandi Hanjari K., Kettil P., Lundgren K. (2007): Analysis of Mechanical Behaviour of Frost-damaged Reinforced Concrete Structures. (Paper under preparation).
Item type: