Estimering av utmattingslevetid for naglede dobbeltvinklede langbærer-tverrbærer forbindelser i jernbanebruer - Hot spot metode

Abstract

Et stadig økende antall stålbruer nærmer seg dimensjonert levetid, både i Norge, Europa og i Nord-Amerika. Det store antallet togpasseringer gjennom levetiden, med stadig økende aksellaster, øker risikoen for utmattingsskader. Spesielt utsatt for utmatting er forbindelsen mellom langbærer og tverrbærer. I all hovedsak er dette som følge av utilsiktet rotasjonsstivhet, som medfører at forbindelsen blir utsatt for deformasjoner og krefter den opprinnelig ikke var designet for. Hovedformålet med denne oppgaven har vært å vurdere hvorvidt hot spot analyse ved bruk av ulike hot spot metoder kunne anvendes på en naglet dobbeltvinklet langbærer-tverrbærer forbindelse. Dette ble gjort ved å etablere en numerisk modell i Abaqus basert på tegningsgrunnlaget fra Vindelälven jernbanebru i Sverige. Videre ble rotasjonsstivhet, deformasjon og spenningsfordeling til forbindelsen vurdert mot målinger fra en fullskalatest. Av resultatene presentert i denne oppgaven var det tydelig at spenningskonsentrasjonene i knutepunktet var svært sensitive for selv små endringer i lokal geometri og randbetingelser. Samtidig hadde også egenskapene til de tilstøtende komponentene stor effekt på spenningskonsentrasjonene i knutepunktet. Oppgaven vurderer anvendelsen av ulike hot spot metoder for estimering av spenninger i de kritiske hot spot områdene i forbindelsen. De kritiske områdene var overgangen mellom naglehodet og nagleskaft, samt hjørneavrundingen i festevinklene. Resultatene viste at flere av metodene for å estimere hot spot spenningen kan benyttes på de kritiske områdene. Samtidig viser resultatene noe spredning, slik at videre kalibrering av metoden er nødvendig for å kunne benytte denne tilnærmingen på naglede konstruksjoner. I tillegg vil valg av tilhørende SN-kurver og bruddkriterium være avgjørende for vurdering av levetid i slike forbindelser.