National Transport Library Research Database

BBT2014-014 Dynamiskt beteende av brolager - en förberedande studie och labförsök (BBT2014-014 Dynamic behaviour of bridge bearings - a preliminary study and laboratory tests)

  • Mika, Frank
  • Kungliga tekniska högskolan, Universitet eller högskola, 202100-3054
Sponsors, duration, budget: Trafikverket ; 2015-03-01 -- 2017-12-31 Registration number:
  • Trafikverket 2015/72742
Subject(s): Online resources: Abstract: Tidigare studier vid KTH har visat att de dynamiska egenskaperna, d.v.s. egenfrekvenser och dämpkvoter, hos visa broar har ett visst amplitudberoende. Den huvudsakliga källan till detta olinjära fenomen tycks vara friktion i brolager. Vid svängningar med mycket små amplituder övervinns inte friktionen i lagren och rullager uppför sig då som fixlager. När svängningsamplituden växer övervinns friktionskrafterna i lagren och lagren uppför sig som rörliga. På grund av den mekanism som ofta benämns ”micro-slip” (för glidfriktion) och ”pre-rolling resistance” (för rullfriktion) finns en övergång mellan det fixerade och rörliga tillståndet hos dessa friktionsmekanismer. Under denna övergång avtar egenfrekvenserna för svängningsmoderna monotont medan dämpkvoten växer unimodalt. Detta beteende tycks leda till betydande variationer hos de dynamiska egenskaperna hos broar beroende på brotyp och parametrar som konstruktionshöjd och upplagsstyvhet. För vissa järnvägsbroar till exempel, kan underskattningen av egenfrekvenserna leda till underskattade effekter av tåg-bro resonans medan den för andra leder till överskattade dynamiska effekter. Därför är det önskvärt att förbättra vår förståelse för hur broar som utrustats med glid- eller rullager uppför sig vid olika svängningsamplituder. Denna kunskap har stor betydelse vid kapacitetsutredningar på befintliga broar, där mätningar kan utföras och för att ge vägledning vid dimensionering av nya broar så att lagrens inverkan på dess dynamiska egenskaper kan tas i beaktande på ett korrekt sätt. Om man kan visa att vissa broar skulle kunna tillskrivas en högre dämpkvot än den som specificeras i nu gällande norm, eller som mäts vid mätningar med mycket små svängningsamplituder, kan det leda till betydande besparingar för samhället till exempel då befintliga järnvägar uppgraderas till högre tågfarter och/eller axellaster.Abstract: Previous studies at KTH have shown that the dynamic properties of certain bridges, i.e. the natural frequencies and modal damping ratios have a certain amplitude dependency. Apparently, the main source of this non-linear effect is the frictional behaviour of the bridge bearings. At very small amplitudes of vibration, the frictional resistance in the bearings is not overcome and hence, assumed simple supports then behave as fixed bearings. As the amplitude of vibration increases, the frictional resistance is overcome and at some amplitude of vibration, the bearings behave as free bearings. However, due to the mechanism known as “micro-slip” (for sliding friction) and “pre-rolling resistance” (for rolling friction), there is a transition between the fixed and free state of these frictional devices. During this transition, the natural frequency of the mode of vibration decreases monotonically whilst the damping ratio increases in a uni-modal manner. This behaviour appears to lead to rather large variations in the dynamic properties of bridges, depending on the bridge type and parameters such as construction height and support stiffness. For example, for certain railway bridges, the decreasing natural frequency may lead to underestimated dynamic effects caused by train-bridge resonance while for others; it may lead to overestimated dynamic effects. Therefore, it is highly desirable to improve our understanding of the mechanical behaviour of bridges equipped with sliding bearings or roller bearings. This knowledge is essential in assessments of existing bridges, where measurements can be performed and to define guidelines for design of new bridges so that the properties of the bearings are taken into account in an appropriate manner. If it can be shown that certain existing bridges should be ascribed a higher damping ratio than that specified by the design codes or estimated from measurements at very small amplitudes of vibration, this could lead to substantial savings for society when for example existing railway lines are upgraded to higher speeds and/or higher axle loads.
Item type: