JÄNNEVIRRAN SILLAN VÄSYMISMITOITUS MITATULLA LIIKENNEKUORMALLA
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
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
VÄSYMISLUOKAT Taulukoidut detaljit nimelliselle jännitykselle Hot spot jännitys monimutkaisille geometrioille Hitsiliitosten väsymisluokkaa voi parantaa jälkikäsittelymenetelmillä kestoikä kasvaa laskennallisesti noin 1,8 kertaiseksi.
JÄNNEVIRRAN SILTA Vt 9 Kuopion ja Siilinjärven rajalla, ylittää Jännevirran salmen Teräksinen jatkuva betonikantinen liittopalkkisilta JM 50+70+100+120+100+70+50 m, HL 15,25 m
TUTKITUT DETALJIT
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
LASKENNASSA KÄYTETYT MITATUT LIIKENNEKUORMAT Raskaiden ajoneuvojen keskimääräinen vuorokausiliikenne LAM-data 1202 Ii 2016 827 Jännevirta 2016 WIM-data: Raskaiden ajoneuvojen keskimääräinen kokonaismassa Vt4 Ii 2013-2016 Vt4 Äänekoski 2015 Vt8 Vaasa 2014 Kehä III 2015
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
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
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
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
AJONEUVOASETUKSEN MUUTOKSEN VAIKUTUS VÄSYMISVAURIOON Uusi ajoneuvoasetus 407/2013 Yhdistelmän suurin sallittu massa 60 -> 76 tonnia WIM-mittaukset Vt4 Ii 2013-2016 Raskaan liikenteen koostumus muuttunut
AJONEUVOASETUKSEN MUUTOKSEN VAIKUTUS VÄSYMISVAURIOON Väsymisvaurio kasvanut melko tasaisesti 2013 -> 2015. 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
ERIKOISKULJETUSTEN VAIKUTUS WIM-pisteen Vt8 Vaasa mittauksessa 19 erikoiskuljetusta 0,85 % raskaan liikenteen määrästä Erikoiskuljetusten osuus väsymisvauriosta yli puolet.
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
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