Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Load Effect Modelling in Fatigue Design of Composite Bridges: An assessment of Fatigue Load Models 3, 4 and 5 according to SS-EN-1991-2 Actions on Structures – Part 2: Traffic loads on Bridges
KTH, School of Architecture and the Built Environment (ABE), Civil and Architectural Engineering, Steel Structures.
KTH, School of Architecture and the Built Environment (ABE), Civil and Architectural Engineering, Steel Structures.
2014 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 300 HE creditsStudent thesis
Abstract [en]

At the turn of 2010/2011, Sweden went from designing structures according to nationaldesign codes to the new European standards Eurocode. For bridge engineers, this implieda change from a combination of BRO 2004 and BSK 07 to the Eurocode as the maindocuments, complemented by national documents such as TRVK Bro 11. The normtransition did not only change the calculation methods, but also turned a phenomenonthat never was of great importance for road bridges before into something that could limitthe carrying capacity of the structure. This phenomenon is called fatigue, i.e. repeatedload cycles, where each load is much lower than the ultimate limit state capacity, thatfinally results in collapse.

This master thesis investigates why fatigue is significant in the design today. This is donethrough a comparison of how the new and old regulations assesses fatigue. A bridge builtin 2011, designed by ELU Konsult AB according to the old regulations, was modelledin the finite element program LUSAS. Several lorry crossings from different fatigue loadmodels were then simulated. The output from LUSAS was then used to calculate theutilization ratios for three critical points along the bridge.

The result indicates that both regulations give rise to similar stress ranges, i.e. thedifference between the maximum and minimum stress obtained during a crossing. Thedifferences between the regulations are instead within the fatigue calculations, where themajor difference is the number of lorries crossing the bridge during its lifetime. Theutilization ratio according to the old regulations for the worst exposed point is 27.0 %,corresponding to 9.13 daily crossings by heavy lorries, which is the maximum numberof daily crossings provided by BRO 2004. The lowest utilization ratio according tothe Eurocode is 70.0 %, calculated for 137 daily crossings which is the lowest amountof crossings allowed. An interpretation of the Eurocode, which allows usage of fatigue loadmodel 5 even for smaller bridges, results in a utilization ratio of 56.0% which correspondsto 90.0 daily crossings, i.e. lower than the other fatigue load models provided by theEurocode but clearly above the old regulations.

The conclusion is that an alternative way of deciding the number of crossings shouldbe provided by the Eurocode. Today, the classification consists of four steps, which arevery rough. Instead, a proposal is given in this thesis which advocates usage of a linearfunction for deciding the number of design crossings based on the number of daily crossingsby lorries. The proposed alternative design method is between the two regulations withrespect to daily crossings and utilization ratio.

Abstract [sv]

Vid årsskiftet 2010/2011 övergick Sverige från att dimensionera byggnadsverk enligt nationellastandarder till den nya europastandarden Eurokod. För brokonstruktörer innebar dettaen övergång från en kombination av BRO 2004 och BSK 07, till att Eurokod blev dethuvudsakligt styrande dokumentet, med bland annat TRVK Bro 11 som ett dokumentmed tillhörande nationella val. Övergången medförde inte bara att verksamma konstruktörertvingades lära sig förändrade beräkningsmetoder, utan också att ett fenomen som tidigaresällan var dimensionerande för vägbroar nu kunde vara det som ställde högst krav påbärförmågan. Detta fenomen kallas utmattning, dvs. upprepade av- och pålastningar, varoch en betydligt lägre än brons maximala bärförmåga, som i slutändan resulterar i brott.

I detta examensarbete utreds det varför utmattning numera är en betydande del avdimensioneringen. Detta sker genom en jämförelse av hur de gamla och nya normernautvärderar utmattning. Som modell har en befintlig bro invigd 2011, dimensioneradav ELU Konsult AB enligt de gamla normerna, använts. Denna bro har modellerats ifinita element programmet LUSAS, varpå en mängd olika lastbilsöverfarter simulerats ochutmattningsutnyttjandet för tre utvalda kritska punkter beräknats.

Resultatet indikerar att båda normerna har liknande storlekar på spänningsvidderna,dvs. skillnaden på största och minsta spänningen som uppstår vid en överfart. Däremotråder det skillnader vid utmattningsberäkningarna, där den stora skillnaden är antalettunga fordon som passerar bron under dess livslängd. Enligt de gamla normerna ärutnyttjandegraden för den värst utsatta studerade punkten 27.0 %, vilket är beräknatpå det högsta antalet dagliga passager från tunga fordon som BRO 2004 tillåter, d.v.s.9.13 dagliga passager. Enligt Eurokod uppgår den lägsta utnyttjandegraden till 70.0 %,vilket motsvarar 137 dagliga överfarter vilket är det lägsta Eurokod tillåter. Vid ettalternativt sätt att tolka Eurokod, som tillåter användandet av utmattningslastmodell5 även för mindre broar, fås en utnyttjandegrad på 56.0% vilket motsvarar 90.0 dagligaöverfarter. Detta är något lägre än de andra utmattningslastmodellerna enligt Eurokodmen fortfarande högre än det gamla regelverket.

Slutsatsen av uppsatsen är att ett alternativt sätt att bestämma antalet överfarter bordeerbjudas i Eurokod, då indelningen idag består av fyra stora trappsteg vilket ger en väldigtsnäv indelning. I detta examensarbete presenteras ett förslag som innebär att antaletdimensionerande överfarter istället bör bestämmas som en rätlinjig funktion av antaletdagliga överfarter från tung trafik. Det föreslagna sättet ligger mellan de båda normernamed hänsyn till passager och utnyttjandegrad.

Place, publisher, year, edition, pages
2014. , 100 p.
Keyword [en]
Fatigue, Composite Bridges, Eurocode, BRO 2004, Fatigue Load Model, FLM
Keyword [sv]
utmattning, kompositbroar, Eurokod, BRO 2004, utmattningslastmodell, FLM
National Category
Infrastructure Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-147820OAI: oai:DiVA.org:kth-147820DiVA: diva2:732369
External cooperation
ELU Konsult AB
Subject / course
Steel Structures
Educational program
Master of Science in Engineering - Urban Management
Examiners
Available from: 2014-07-04 Created: 2014-07-03 Last updated: 2014-07-04Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(1379 kB)814 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 1379 kBChecksum SHA-512
11aad4814a4cd2936a154bccad3320f5aa03aad386a74830964b78d7026087bdb7976f68b32d3e4387de596169e6c5af0e5e831b52ab672718992c3984f4a4ca
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Steel Structures
Infrastructure Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 814 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 551 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf