Details

Assessment of existing concrete bridges :bending stiffness as a performance indicator

by Bergström, Markus, PhD

Abstract (Summary)
Befintliga anläggningskonstruktioner kan i vissa fall utnyttjas bättre ur bärighets- och säkerhetssynpunkt ifall verkliga förutsättningar kan fastställas. Detta kräver en grundlig förståelse av själva konstruktionen och de verktyg som används för att fastställa nuvarande tillståndet och för att kunna förutsäga den framtida. De verkliga förutsättningarna kan bestämmas genom att konstruktionens verkningssätt registreras genom mätning, alternativt i kombination med till exempel numerisk modellering. I fall där mätning alena används för att dra slutsatser om konstruktioner är det fördelaktigt om den mätta storheten är baserad på geometriska mått och materialegenskaper. Vidare är det förståss viktigt att kvantiteten är möjlig att fånga utifrån praktisk mätsynpunkt. En sådan kvantitet som uppfyller dessa krav är böjstyvheten. Böjstyvheten är dessutom ett viktigt mått, speciellt i brukgränstillståndet där deformationer, vibrationer och sprickvidd är av stor betydelse. I avhandlingen är det påvisat att under pålastning av ett armerat betongelement utsatt för böjning kan fyra stadier särskiljas; osprucket (I), sprickbildning (II), stabiliserade sprickor (III) och brott (IV). Vidare kan effekterna av uppsprickning, korrosion och förstärkning i böjning registreras genom att utvärdera böjstyvheten från krökningsmätning. Analytiska modeller baserade på linjär elastisk respons av materialen samt under antagande om att plana tvärsnitt förblir plana har visat sig ge tillfredsställande resulat vid jämförelse med uppmätt styvhet. Vidare är det visat att det är möjligt att verifiera den högsta last som det krökta och armerade betongelementet historiskt varit utsatt för, förutsatt att elementet inte kommit in i stadie (III). Väl inne i stadie (III) utvecklas styvheten i princip konstant ända till stadie (IV), vilket resulterar i att styvheten är densamma över ett visst lastintervall. En begränsning kopplat till styvhetsplatån i stadie (III) är att det är svårt att utskilja när brott är nära, beroende på att styvheten påverkas relativt lite i relation till lasten. Fortsatta undersökningar baseras på spruckna förhållanden samt verkliga materialegenskaper och geometrier. Andra verktyg, såsom sannolikhetsbaserad utvärdering, blir här synnerligen viktig eftersom det i stadie (III) inte går att se några tydliga tecken på till exempel fortgående nedbrytning. Utifrån en sådan analys uppskattas säkerheten mot brott och även trolig brottmod. Skulle en annan brottmod vara mer trolig än böjbrott måste detta tas med i utvärderingen speciellt med åtanke på att krökningsmätning endast fångar beteendet i böjning. Det har visats att modellosäkerhet är viktigt att ta hänsyn till vid en sannolikhetsbaserad utvärdering på grund av att både säkerheten samt trolig brottmod påverkas.  Om det kan bevisas genom mätning att konstruktionen befinner sig i stadie (I) går det att dra slutsatsen att den inte påverkats av de påförda lasterna under den gångna tiden. Det är föreslaget att global krökning används istället för lokal vid bestämning av böjstyvheten. Detta förklaras med att den globala krökningen ger ett mer stabilt medelvärde samt att det går att dra mer slutsatser ifrån denna. En annan viktig slutsats är att den globala och lokala styvheten utvecklas precis på samma sätt under pålastning. Detta innebär att en specifik spricka inte tillåts växa till utan att en omdistribuering av spänningar sker, vilket då påverkar det globala beteendet i jämförbar utsträckning. Två kriterier är föreslagna för den kortaste sträcka som inte bör understigas vid mätning av global krökning, LG. Det första kravet beaktar att minst fyra makrosprickor ska omfattas. Detta avstånd uppskattas genom att beräkna det maximala sprickavståndet givet i Eurocode (2004). Det andra kravet beaktar att det inbyggda mätfelet i lägesgivaren inte ska överstiga 1% av den förväntade uppmätta utböjningen. Krökningsmätning kan vara användbart ur tre olika aspekterTillståndsbedömning. Lösa det inversa broförvaltningsproblemet. Detta görs i praktiken genom att en prestandaförändring förklaras antingen genom att geometri och/eller materialegenskaper är påverkade. Beslut angående konstruktionen kan sedan göras utifrån den här utvärderingen. Förfinade beräkningar. Använda resultaten till att förfina modellerna använda för brukgräns- och brottgränstillstånd. Konstruktionen beaktas till exempel i sitt verkliga tillstånd. Förfinad LCC. Tiden fram till dess en större reparations- och/eller förstärkningsinsats uppskattas genom att studera böjstyvhetens utveckling i tiden. Ansatsen om att utvärdera böjstyvheten genom krökningsmätning är tillämpad i två fall, vägbron Panken öster om Karlstad och en järnvägsbro i Örnsköldsvik. Krökningsmätningen visar att Pankenbron befinner sig i stadie (III), medan Örnsköldsviksbron är i stadie (I). Det är således påvisat att bestämma böjstyvheten genom krökningsmätning är värdefullt och kan ge ytterligare information om en befintlig betongbros skick. En utmatning när styvheten är bestämd utifrån krökningsmätning är att tidsberoende mekanismer, till exempel krypning, och även temperaturförändringar påverkar krökningen utan att nödvändigtvis påverka böjstyvheten i sig. Effekterna av dessa ger upphov till en skenbar styvhetsförändring. De rörelser eller deformationer som ger upphov till en skenbar styvhetsförändring behöver tas i beaktande för att utesluta missvisande resultat. En annan svårighet är att mätning normalt utförs vid tilläggslast, vilket innebär att krökningen skapad från egenvikten inte fångas. Vidare forskning föreslås för att utvärdera effekterna av dessa fenomen i krökningsmätningstillämpningar.
Bibliographical Information:

Advisor:

School:Luleå tekniska universitet

School Location:Sweden

Source Type:Doctoral Dissertation

Keywords:

ISBN:978-91-86233-11-2

Date of Publication:01/01/2009

© 2009 OpenThesis.org. All Rights Reserved.