Fatigue life estimation of Norwegian railway bridges

Abstract

Denne avhandlingen presenterer resterende livstidsberegning med hensyn på utmattelse for 3 bruer på det norske jernbane systemet ved hjelp av en ny lastmodell foreslått i Frøseth. Dette er gjort for å om den nye lastmodellen, som er basert på å være enkel, konservativ og konsistent, kan erstatte allerede eksisterende modeller. Utmattingsbrudd er en stadig økende fare med hensyn på fagverksbruer i stål, erstatning og overhaling av alle disse bruene vil være kostbart og tidskrevende. En enkel og lite arbeidskrevende måte å prioritere hvilke bruer som skal oppgraderes eller erstattes vil være å estimere resterende livstid med hensyn på utmattelse for alle bruer på det norske jernbanesystemet.

Estimeringen blir gjort ved å etablere influenslinjer på bruen ved hjelp av elementmetoden. Dette kombineres med den nye lastmodellen for norske tog og estimerer historisk og fremtidig utmattelsesskade akkumulert i bruene ved hjelp av rainflow-algoritmen.

Resultatet fra estimeringene viser at den nye last modellen basert på å være konservativ, konsistent og enkel, viser at store mengder utmattelsesskade akkumuleres i bruene.

Resultatene presentert i avhandlingen blir sammenlignet med resultater gitt i en rapport laget av Bane NOR i 2018 hvor det benyttes en annen lastmodell. Sammenligningen viser at den nye lastmodellen estimerer mye større skade, ulik lokasjon for de mest skadede komponentene, men det finnes likheter i hvordan skaden fordeles prosentvis over årene.

Anbefaling til videre forskning er å rafinere den nye lastmodellen til å vise mer realistiske verdier for utmattelsesskade.

This thesis presents an estimation of the remaining fatigue life of 3 bridges on the Norwegian railway system with a new train load model from Frøseth. This is done to establish if this load model, based on being conservative, consistent and simple, can be used to replace the existing load models. Fatigue failure is a growing concern regarding steel truss bridges, to replace or refurbish all these bridges would be very expensive and time-consuming. An easy and labour-effective way to prioritise which bridges should be upgraded or replaced would be to estimate the remaining fatigue lifetime of all bridges in the network.

The estimation is done by establishing the influence lines on the bridges by utilising finite element analysis, combining this with the new load model for Norwegian trains and estimating the historic and future fatigue damage accumulated in the bridges by using the rainflow-algorithm.

The results from this estimation shows that the new load model based on being conservative, consistent and simple, results in predictions suggesting large amounts of fatigue damage accumulated on the bridges

The results presented in this thesis are compared with results obtained in an analysis made for Bane NOR in 2018 using a different load model. The comparison shows that the new load model estimates greater damage, a difference in location sustaining the most damage is found, but the percentage of damage over the years are similar between the two models.

A recommendation for further research is to refine the new load model to display a more realistic value for the fatigue damage.