Betonisten rautatiesiltojen jäljellä olevan käyttöiän arvioiminen
Artukka, Antti (2014)
Artukka, Antti
2014
Rakennustekniikan koulutusohjelma
Talouden ja rakentamisen tiedekunta - Faculty of Business and Built Environment
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2014-05-07
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201405221189
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201405221189
Tiivistelmä
Tämän työn aiheena on betonisten rautatiesiltojen jäljellä olevan käyttöiän arvioiminen. Työssä käyttöikää arvioidaan väsymisrajatilan kannalta, ja muut rajatilat jätetään vähemmälle huomiolle. Rakenteen väsymiskertymän kehittyminen ei riipu ajasta vaan kuormituskertojen määrästä ja intensiteetistä. Tämän vuoksi työn alussa käsitellään Suomen rautatieliikennettä aikaväliltä 1900−2012. Liikennemäärää selvittään rataosittain ja suomalaisen rautatiekaluston kehitystä tutkitaan väsymiskertymän laskemiseen tarvittavien tietojen laajuudessa. Lisäksi työssä on pitänyt kiinnittää huomiota kaluston nopeuteen ja radan kuntoon dynaamisten vaikutusten arvioinnin ja huomioimisen vuoksi.
Työn tarkoituksena on luoda mitoitusmalli betonisen rautatiesillan väsymiskertymän laskemiseksi ja jäljellä olevan käyttöiän arvioimiseksi. Väsymiskertymää on ennustettava, jotta voidaan arvioida tulevaisuuteen sijoittuvaa käyttöiän päättymishetkeä. Tämän vuoksi työssä on arvioitu karkeat liikennemääräennusteet vuoteen 2050 asti. Lisäksi kaluston kehittymisestä aiheutuvaa väsymiskertymän kasvua on arvioitu.
Mitoitusmallin luomiseksi suoritetaan väsymiskertymälaskelmia eri aikajaksojen kalustolle ja erilaisille siltarakenteille. Laskelmiin on valittu sekä 1-aukkoisia että jatkuvia siltarakenteita. Laskelmien avulla tuotetaan ekvivalentteja vauriokertoimia, vaikutusviivan kriittisen pituuden funktiona, eri aikajaksoille ja ominaismatkustaja- ja ominaistavarajunakohtaisesti. Siltakohtaisessa mitoituksessa näitä yhdistelemällä ja skaalaamalla saadaan siltakohtainen ekvivalentti vauriokerroin. Tämä kuvaa väsymiskertymän määrää, jonka avulla voidaan arvioida sillan jäljellä olevaa käyttöikää. Lopuksi luotua mitoitusmallia verrataan nykyisin käytössä oleviin mitoitusmalleihin.
Mitoitusmallissa huomioidaan Suomessa ratifioidun standardin SFS-EN 15528+A1 aiheuttama, radan kantavuuteen perustuvaa, luokitustarvetta Suomen rataverkolle. Tämän mukaan pääradat ovat luokiteltava vuoteen 2016 ja muut radat vuoteen 2018 mennessä. The subject of this master’s thesis is estimating the remaining service life of concrete railway bridges. The main focus in this master’s thesis was estimating the service life of railway bridges with fatigue limit state and other limit states were left with less attention. The development of fatigue accumulation of the structure does not depend on time, but the amount of stress cycles and the cycle’s intensity. As part of the work, a thorough traffic inventory was done on the Finnish rail network between the years 1900−2012, which consisted of the volume of the railway traffic on each track line and the Finnish railway rolling stock development. This was needed for the fatigue accumulation calculation. In addition, work was needed to pay attention to the speed of the rolling stock and railway track condition for dynamic impact assessment and consideration.
The aim of this study is to create a calculation model of concrete railway bridges to calculate fatigue accumulation and make assessments of remaining service life of bridges. A future service life due to fatigue accumulation has to be predicted. As a result, the work has drawn up rough railway traffic volume forecasts up to 2050. In addition, the development of the railway rolling stock caused by the accumulated fatigue growth is estimated.
The calculation model for creating and performing the fatigue accumulation calculations is based on the railway rolling stock at different time periods and a variety of bridge structures. The calculations are selected for both single span and multi-span bridge structures. The calculations used to produce equivalent damage factors as a function of a critical length of influence line. These factors are produced in different time periods and own factors for specific passenger trains and own factors for specific freight trains. Combining and scaling these a particular bridge desing can be used to calculate the bridge specific equivalent damage factor. This describes the amount of accumulated fatigue, which can be used to evaluate the bridge remaining service life. Finally, the calculation model created here is compared with the models currently used in the calculation.
Työn tarkoituksena on luoda mitoitusmalli betonisen rautatiesillan väsymiskertymän laskemiseksi ja jäljellä olevan käyttöiän arvioimiseksi. Väsymiskertymää on ennustettava, jotta voidaan arvioida tulevaisuuteen sijoittuvaa käyttöiän päättymishetkeä. Tämän vuoksi työssä on arvioitu karkeat liikennemääräennusteet vuoteen 2050 asti. Lisäksi kaluston kehittymisestä aiheutuvaa väsymiskertymän kasvua on arvioitu.
Mitoitusmallin luomiseksi suoritetaan väsymiskertymälaskelmia eri aikajaksojen kalustolle ja erilaisille siltarakenteille. Laskelmiin on valittu sekä 1-aukkoisia että jatkuvia siltarakenteita. Laskelmien avulla tuotetaan ekvivalentteja vauriokertoimia, vaikutusviivan kriittisen pituuden funktiona, eri aikajaksoille ja ominaismatkustaja- ja ominaistavarajunakohtaisesti. Siltakohtaisessa mitoituksessa näitä yhdistelemällä ja skaalaamalla saadaan siltakohtainen ekvivalentti vauriokerroin. Tämä kuvaa väsymiskertymän määrää, jonka avulla voidaan arvioida sillan jäljellä olevaa käyttöikää. Lopuksi luotua mitoitusmallia verrataan nykyisin käytössä oleviin mitoitusmalleihin.
Mitoitusmallissa huomioidaan Suomessa ratifioidun standardin SFS-EN 15528+A1 aiheuttama, radan kantavuuteen perustuvaa, luokitustarvetta Suomen rataverkolle. Tämän mukaan pääradat ovat luokiteltava vuoteen 2016 ja muut radat vuoteen 2018 mennessä.
The aim of this study is to create a calculation model of concrete railway bridges to calculate fatigue accumulation and make assessments of remaining service life of bridges. A future service life due to fatigue accumulation has to be predicted. As a result, the work has drawn up rough railway traffic volume forecasts up to 2050. In addition, the development of the railway rolling stock caused by the accumulated fatigue growth is estimated.
The calculation model for creating and performing the fatigue accumulation calculations is based on the railway rolling stock at different time periods and a variety of bridge structures. The calculations are selected for both single span and multi-span bridge structures. The calculations used to produce equivalent damage factors as a function of a critical length of influence line. These factors are produced in different time periods and own factors for specific passenger trains and own factors for specific freight trains. Combining and scaling these a particular bridge desing can be used to calculate the bridge specific equivalent damage factor. This describes the amount of accumulated fatigue, which can be used to evaluate the bridge remaining service life. Finally, the calculation model created here is compared with the models currently used in the calculation.