National Transport Library Research Database

Säkerhetsprinciper för utvärdering av broar med olinjära FE-analyser (Safety Principles for Structural Assessment of Bridges with Non-Linear FEM)

  • Plos, Mario
  • Chalmers tekniska högskola AB, Universitet eller högskola, 556479-5598
Sponsors, duration, budget: Banverket ; 2010-01-01 -- 2011-12-31 ; 420000 kronorRegistration number:
  • Banverket F 0911464/AL50
  • Trafikverket 2010/92134
Subject(s): Online resources: Abstract: Olinjär analys med finita elementmetoden (FEM) är en avancerad metod som kan användas för förbättrad dimensionering och utvärdering av broar och anläggningskonstruktioner. Med olinjära finita elementanalyser (FE-analyser) kan konstruktionernas respons simuleras på ett realistiskt sätt, och sådana analyser används regelmässigt inom forskningen. Olinjära analyser har också visat stor potential för att kunna påvisa högre bärförmåga för befintliga broar, vilket kan leda till stora besparingar. I Sustainable Bridges (2007) framhålls olinjär strukturanalys som den beräkningsmetod som har störst potential för att påvisa högre bärförmåga för befintliga betongbroar. Användningen av olinjära beräkningar i praktiken har dock hindrats av att det saknas lämpliga metoder för att hantera säkerheten, eftersom partialkoefficientmetoden inte är direkt tillämplig och probabilistiska metoder är alltför krävande i samband med olinjär analys. Istället behövs säkerhetsformat lämpliga för deterministiska olinjära analyser. Sådana säkerhetsformat har föreslagits i Sustainable Bridges (2007). I Carlsson et al. (2008) har ett av dessa säkerhetsformat, baserat på global säkerhetsfaktor, vidareutvecklats och tillämpats vid utvärdering med olinjär FEM av tre broar. Utvärderingarna visade dock på en del osäkerheter, och metoden behöver vidareutvecklas för att vara praktiskt tillämpbar. Målet med projektet är att vidareutveckla befintliga metoder och utarbeta riktlinjer för att säkerställa säkerhetsnivån vid utvärdering och dimensionering med olinjär FE-analys. Säkerhetsformat och praktiska riktlinjer för deterministisk olinjär strukturanalys skall presenteras och verifieras genom probabilistiska olinjära FE-analyser. Principer för att bestämma indataparametrar för säkerhetsutvärderingen skall tas fram, inklusive för modellosäkerheten vid olinjära analyser. Projektet kommer även belysa brospecifika frågeställningar. Detta omfattar metoder för att ta hänsyn till successiv pålastning med gradvis ökande laster, inverkan av flera variabla laster och att bärförmågan uttrycks som axel-/boggilast vid samtidig belastning med övriga laster. Delfinansiering av projektet har beviljats från FORMAS och Vägverket. Brofrågorna är i dagsläget dock begränsade till att omfatta vägbroar. Broutformning och belastningstyp är avgörande för såväl bestämningen av modellosäkerheter som hanteringen av variabla laster. Om delfinansiering av projektet även erhålls från Banverket utvidgas projektet till att även omfatta järnvägsbroar. Exempel på frågeställningar som kan vara av speciellt intresse för järnvägsbroar kan vara dynamiska effekter och utmattning.Abstract: Non-linear analysis with the finite element method (FEM) is an advanced method that can be used for improved design and assessment of bridges and civil engineering structures. With non-linear methods, the structural response can be realistically simulated and such methods are regularly used in research. Non-linear FE analysis has also shown great potential in revealing additional load-carrying capacity for existing bridges, with great economical savings as a result. In Sustainable Bridges (2007), non-linear structural analysis is regarded as the analysis method that has the greatest potential for discovering any additional sources for load carrying capacity for existing concrete bridges. However, the use of non-linear analysis in engineering practice has been prevented by the lack of suitable methods for safety evaluation, since the partial factor method is not directly applicable and fully probabilistic methods are too demanding in combination with non-linear analysis. Instead, safety formats suitable for deterministic non-linear analysis is needed. Such safety formats were proposed in Sustainable Bridges (2007). In Carlsson et al. (2008), one of the formats based on a global safety factor was further developed and applied in assessment with non-linear FEM of three bridges. However, the case studies revealed uncertainties and the method need to be further developed to be practically applicable. The aim of the project is to further develop existing methods and to work out guidelines for safety evaluation in structural assessment and design with non-linear FE analysis. Safety formats and practical guidelines for deterministic non-linear structural analysis should be proposed and verified through probabilistic non-linear FE analyses. Principles for establishing of indata parameters for the safety evaluation should be determined, including the model uncertainty for non-linear structural analyses. In the project, also bridge-specific issues will be included. This includes methods to account for sequential loading with gradually increased loads, influence of several variable loads and that the resistance is expressed as axle or bogie loads acting simultaneously as the other design loads. Part of the financing has already been granted by FORMAS and by Vägverket (Swedish Road Administration). With current financing, the bridge specific issues have to be limited to road bridges. However, the bridge design and type of actions acting on the bridge are essential for the determination of the model uncertainty as well as for the treatment of variable loads. If financial support is obtained from Banverket as well, the project will be extended to include also railway bridges. Examples on issues of particular interest for railway bridges can be dynamic effects and fatigue.
Item type: