Lasteinwirkung und Ermuedungsschaeden an Bruecken unter kombinierter Belastung von Verkehr und Wind: Eine Fallstudie

Load effect and fatigue damage of bridges under combined actions of traffic and wind: a case study

Bei Untersuchungen zu Lasteinwirkungen bei Bruecken mit grosser Windangriffsflaeche muessen neben den Verkehrseinwirkungen auch die Windeinwirkungen beruecksichtigt werden. Anhand eines Stahlstabes der Anyang Bridge wird exemplarisch ein Verfahren zur Berechnung der tatsaechlichen Lasteinwirkung und der Ermuedungsschaeden infolge kombinierter Einwirkungen von Verkehr und Wind eroertert. Zunaechst wurde anhand von Messdaten zu Verkehrslast und Windfeld die zeitliche Entwicklung der Schnittkraft des Stabes simuliert. Anschliessend wurden anhand der verbesserten Methode auf Basis des Last-Kollektivs (Klassengrenzen-Ueberschreitungen) die Extremwerte der inneren Kraefte des Stabes extrapoliert. Die Belastungsspektren dreier ermuedungsanfaelliger Details des Stabes wurden anhand des Rainflow-Verfahrens ermittelt. Abschliessend wurde der Stab im Grenzzustand der Tragfaehigkeit beziehungsweise im Grenzzustand der Ermuedungsfestigkeit geprueft. Es wurde festgestellt, dass die charakteristischen Werte der Schnittkraefte des Stabes unter kombinierter Einwirkung von Verkehrs- und Windlast von +5.849 kN/-4.063 kN (bei ausschliesslicher Betrachtung der Verkehrslast) auf +6.350 kN/-5.466 kN anstiegen. Der maximale Schadensgrad ermuedungsanfaelliger Details stieg von 0,61 (bei ausschliesslicher Betrachtung der Verkehrslast) auf 0,63. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Windlast erheblich zum Anstieg der charakteristischen Werte der Schnittkraft des Stabes beitraegt und einen kleinen Anteil am Anstieg der Ermuedungsschaeden hat. Dennoch erlauben die hohen Belastungsamplituden infolge der Windlast keine Auslegung fuer unbegrenzte Lebensdauer. Die tatsaechliche Belastung ist deutlich hoeher als nach der Bemessungsnorm zulaessig. Windeinwirkungen sind daher in vollem Umfang zu beruecksichtigen. (A) ABSTRACT IN ENGLISH: Study of load effects on bridges with large windward sides has to consider not only passing vehicles but also wind actions. This paper concerns the method to calculate actual load effect and fatigue damage under combined actions of traffic and wind, taking one of the steel rods of Anyang Bridge as an example project. Firstly, internal force time-history of the rod was simulated based on measured data of traffic load and wind field. Then, extreme values of internal force of the rod were extrapolated using an improved method based on level crossing, and stress spectra of three fatigue-prone details on the rod were gained using the rain-flow method. Finally, the rod was checked under ultimate limit state and fatigue limit state, respectively. It was found that characteristic values of internal force of the rod under combined actions of traffic and wind increased from +5,849/–4,063 kN (considering vehicle actions alone) to +6,350/–5,466 kN and the maximum damage degree of fatigue-prone details increased from 0.61 (considering vehicle actions alone) to 0.63. These results suggest that wind load contributes a significant increase to internal force characteristic values of the rod but a small increase to fatigue damage. However, high stress amplitudes due to wind load do not allow infinite life design. The actual load level is much higher than that prescribed in the design code. Hence, wind actions should be fully considered. (A)

Language

  • English

Media Info

  • Media Type: Print
  • Features: Figures; References; Tables;
  • Pagination: pp 281-91
  • Serial:
    • Stahlbau
    • Volume: 85
    • Issue Number: 4
    • Publisher: Ernst & Sohn GmbH
    • ISSN: 0038-9145

Subject/Index Terms

Filing Info

  • Accession Number: 01607392
  • Record Type: Publication
  • Source Agency: Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt)
  • Files: ITRD
  • Created Date: May 11 2016 10:00AM