JÄNNEVIRRAN SILLAN VÄSYMISMITOITUS MITATULLA LIIKENNEKUORMALLA

Transkriptio

1 JÄNNEVIRRAN SILLAN VÄSYMISMITOITUS MITATULLA LIIKENNEKUORMALLA

2 DIPLOMITYÖN SISÄLTÖ Teoria osuus Väsymismitoitus Eurokoodin mukaan Väsymisluokka Hitsin jälkikäsittelymenetelmät Mitatut liikennekuormat Jännevirran sillan väsymisanalyysi Lasketaan väsymismitoitus Eurokoodin mukaan väsytyskuormakaavioilla FLM 3 ja FLM 4 Tehdään väsymismitoitus Suomessa mitatuilla liikennekuormilla (FLM 5) Tutkitaan, onko FLM 3 yli- vai alimitoittava Ajoneuvojen painorajoitusten noston vaikutus Erikoiskuljetusten vaikutus Väsymisluokan parantaminen

3 VÄSYMISMITOITUS EUROKOODIN MUKAAN FLM 3 Väsytyskuormakaavio FLM4 Ekv. Jännitysheilahdus: Mitoitusehto: σσ EEE = λλλλδσσ mmmmmm γγ FFFF σσ EE2 σσ CC γγ MMMM Väsytyskuormakaavio FLM3 FLM 4, FLM 5 Minerin sääntö: DD dd = nn EEEE NN RRRRRR 1

4 VÄSYMISLUOKAT Taulukoidut detaljit nimelliselle jännitykselle Hot spot jännitys monimutkaisille geometrioille Hitsiliitosten väsymisluokkaa voi parantaa jälkikäsittelymenetelmillä kestoikä kasvaa laskennallisesti noin 1,8 kertaiseksi.

5 JÄNNEVIRRAN SILTA Vt 9 Kuopion ja Siilinjärven rajalla, ylittää Jännevirran salmen Teräksinen jatkuva betonikantinen liittopalkkisilta JM m, HL 15,25 m

6 TUTKITUT DETALJIT

7 MITATUT LIIKENNEKUORMAT Työssä on käytetty kahta eri mitattua liikennekuormaa: LAM-data Liikenteen automaattinen mittaus (LAM) Mittauspisteitä Suomessa n. 470 kpl Mittaus perustuu induktiosilmukkaan tiessä Mitatut tiedot: ylitysaika, pituus, suunta, kaista, nopeus, ajoneuvoluokka Akselimassatutkimukset Selvitys raskaiden ajoneuvojen massoista Kuorma-autojen keskimääräiset kokonaispainot ja keskihajonta WIM-data Silta-WIM mittaukset (weigh in motion) Mitataan akselimassat ja akselivälit liikkuvista ajoneuvoista Massat määritetään mittaamalla ylittävien ajoneuvojen aiheuttamia venymiä sillassa Tarkka liikennekoostumus Suomessa tehty viikon pituisia mittauksia Voidaan käyttää suoraan väsymismitoituksessa

8 LASKENNASSA KÄYTETYT MITATUT LIIKENNEKUORMAT Raskaiden ajoneuvojen keskimääräinen vuorokausiliikenne LAM-data 1202 Ii Jännevirta 2016 WIM-data: Raskaiden ajoneuvojen keskimääräinen kokonaismassa Vt4 Ii Vt4 Äänekoski 2015 Vt8 Vaasa 2014 Kehä III 2015

9 VÄSYMISVAURION LASKENTA Väsymisvauriot on laskettu Rambollin kehittämällä ohjelmalla Vaikutusviiva: detaljin jännitys akselin sijainnin funktiona Ohjelmassa mitatun datan ajoneuvot ajetaan sillan yli Jännitys lasketaan aika-askeleittain vaikutusviivan avulla Jännityshistorialle Rainflow-analyysi ja Minerin vauriosumma FLM 3, 4: Reunakaistat FLM 5: Todelliset kaistat

10 TULOKSET Alalaipan lisälevyn pää, x=182 m ja L=100 m FLM 3 ylimitoittaa, kun jänneväli lyhyt FLM 3 alimitoittaa, kun pitkä jänneväli FLM 4 epäluotettava Laskenta herkkä väsymisrajan suhteen Pystyjäykisteen hitsi alalaippaan, x=25 m ja L=50 m Alalaipan lisälevyn pää, x=256 m ja L=120 m

11 TULOKSET VÄSYMISVAURION SUURUUS LIIKENNEMÄÄRÄN FUNKTIONA Alalaipan lisälevyn pää, x=182 m ja L=100 m Pystyjäykisteen hitsi alalaippaan, x=25 m ja L=50 m Alalaipan lisälevyn pää, x=256 m ja L=120 m

12 TULOKSET Detaljien väsymisvaurio, kun FLM 3:n väsymisvaurion suuruus on 100 % Miten deltajin sijainti ja jännevälin pituus vaikuttaa verrattuna todelliseen liikenteeseen? Pitkässä aukossa mahtuu kulkemaan monta raskasta ajoneuvoa FLM 3:ssa vain 1 ajoneuvo L=50 L=70 L=100 L=120 m

13 AJONEUVOASETUKSEN MUUTOKSEN VAIKUTUS VÄSYMISVAURIOON Uusi ajoneuvoasetus 407/2013 Yhdistelmän suurin sallittu massa 60 -> 76 tonnia WIM-mittaukset Vt4 Ii Raskaan liikenteen koostumus muuttunut

14 AJONEUVOASETUKSEN MUUTOKSEN VAIKUTUS VÄSYMISVAURIOON Väsymisvaurio kasvanut melko tasaisesti > Vuoden 2016 väsymisvaurio on pienentynyt johtuen pienemmästä liikennemäärästä. Väsytyskuormittavuus on kasvanut Iissä noin 1,5-kertaiseksi => 100 v kestoikä lyhenee 66 vuoteen, jos detaljin käyttöaste vuoden 2013 liikennekoostumuksella on 100 % WIM-pisteen Vt4 Ii väsymisvauriot Liikennekoostumuksen muutoksen vaikutus

15 ERIKOISKULJETUSTEN VAIKUTUS WIM-pisteen Vt8 Vaasa mittauksessa 19 erikoiskuljetusta 0,85 % raskaan liikenteen määrästä Erikoiskuljetusten osuus väsymisvauriosta yli puolet.

16 LASKENNAN HERKKYYS Kun mm = 3, osavarmuusluvun arvolla γγ MMMM = 1,35 jännitysheilahduksen aiheuttama vaurio on 2,46-kertainen verrattuna arvoon γγ MMMM = 1,00 Mitatulle liikennekuormalle käytettiin laskennassa sysäyskerrointa φφ ffffff = 1,2 (hyväkuntoinen päällyste). Huonokuntoiselle päällysteelle φφ ffffff = 1,4. LAM- ja WIM-laskenta aiheuttavat liikennemäärän suhteen suunnilleen samansuuruisen väsymisvaurion

17 YHTEENVETO JA JOHTOPÄÄTÖKSET FLM 3 on varmalla puolella jänneväliltään lyhyissä aukoissa (L < 60 m) FLM 3 on alimitoittava pitkissä aukoissa (L > 60 m) Ajoneuvojen painorajoitusten nosto kasvattanut liikennekoostumuksen väsytyskuormittavuuden n. 1,5 kertaiseksi (Vt 4 Ii) Erikoiskuljetusten vaikutus väsymiskestävyyteen on merkittävä Hitsiliitosten kestoikää on mahdollista kasvattaa jälkikäsittelymenetelmillä Vaatii tutkimista ja ohjeistuksen kehittämisen FLM 3 mitoitus vaatii kehittämistä, jotta se soveltuu käytettäväksi Suomessa jänneväliltään pitkille silloille FLM 4 mitoitus pitäisi kehittää Suomen ajoneuvoliikennettä vastaavaksi