Improvement of Fatigue Resistance Through Box Action for I-girder Composite Bridges

Abstract: Den ökade trafikmängden kombinerat med en ökad axellast kommer leda till att många gamla broar i dagens brobestånd måste förstärkas eller bytas ut. Detta på grund av de kommande utmattningsreglerna och att den trafikmängd och last vi har idag inte var medräknat i de gamla normerna.
Vid förstärkning av existerande i-balksbroar med samverkan, vilket är majoriteten av de gamla stålbroarna, är ett koncept att införa lådverkan i tvärsnittet. Det kan göras genom att införa ett horisontellt fackverk mellan de nedre flänsarna. Vilket i sin tur kommer att innebära att excentriska laster ger upphov till ett vridande moment som kommer transporteras i form av tvärkrafter runt i tvärsnittet. K-fackverk är att föredra framför andra typer av fackverk då andra typer gör så att diagonalerna medverkar i den globla nedböjningen, vilket gör de känsliga för knäckning mellan knytpunkterna. Detta betyder mycket i brottgränstillståndet, men mer i utmattningsgränstillståndet. I utmattningsgränstillståndet så bestäms utmattningen från de spänningsvariationer som uppkommer i specifika detaljer i bron, till exempel svetsade detaljer i en I-balk. Om balkarna kan agera som bröder eller åtminstone som styvbröder, genom att dela lasteffekterna från excentriska laster, kan spänningsvariationen reduceras.
I det här examensarbetet presenteras en studie där effekterna från ett horisontellt fackverk mellan de nedre flänsarna på broar och hur dessa medverkar i en ökad utmattningshållfasthet analyseras. Minskade spänningsvariationer och ett ökat antal lastcykler leder till en förlängd livstid på detaljer, vilket i sin tur ger en ökad livslängd för bron.
Bron Bergeforsen är valt som objekt för en fallstudie i examensarbetet för att testa metoden med lådverkan genom horisontalfackverk. Bron är i tre spann och utan kurvatur, vilket gör den utmärkt för analysering av effekterna från lådverkan introducerad av ett K-fackverk. Den valda dimensionen på fackverket är 180x100x8 mm vilket motsvarar en area på 4004 mm2 för ett kallformat rektangulärt tvärsnitt. Fackverket ger en ökad egenvikt på 1.6 % av den befintliga stålvikten, men bara 0.7 % av den totala vikten på konstruktionen. Lastfördelningen mellan balkarna, eller som det benämns i denna studie filfaktor, är med detta fackverk 0,74 (0,95 utan fackverk). Således förlängs brons livslängd 3,5 ggr, med avseende på de mest utsatta detaljerna för utmattning, montageskarvarna.