Jernbaneverket Bruer Utmattingsproblematikk på jernbanebruer i stål

Transkript

1 Bruer Utmattingsproblematikk på jernbanebruer i stål Plan og teknikk Over /underbygning

2 Innhold Jernbanebruer i Norge Kort om utmatting Utmatting på jernbanebruer Resultater fra beregninger Resultater fra inspeksjoner Videre arbeider

3 Om meg Åsmund Tøsse Master konstruksjonsteknikk NTNU 2010 Jobbet i fra 2010 nå Jobbet mye med: Stålbruer Utmatting Vedlikehold Inspeksjoner

4 Jernbanebruer i Norge 2700 bruer Total lengde 42 km Nybyggverdi 21 milliarder NOK 1000 stålbruer Cirka 500 fra før 1932 alle disse er naglede Cirka 100 fra før 1932 og over 15 m

5 Om utmattingsproblematikk Sprekker utvikler seg fra mikrosprekker i materialet, feil fra maskinering eller feil fra sveiste forbindelser Sprekkvekst avhenger av Spenningsvidde Antall lastvekslinger Restbrudd ved sprekklengde Korrosjon vil øke sjansen for brudd Lite aktuelt for naglede bruer med mindre korrosjonen er svært omfattende

6 Farlighetene ved utmattingsbrudd Normale konstruksjoner vil gi beskjed om overbelastning i form av deformasjoner Synlige symptomer på nedbrytning/reduksjon i bæreevne Utmattingsbrudd gir plutselig brudd

7 Deteksjon av utmatting Kun identifiserbart ved å oppdage sprekker Utfordrende å finne sprekker med kun visuell inspeksjon sprekker vil normal være lukket uten belastning Utfordrende å få tilkomst til alle utsatte punkter Utfordrende å kontrollere alle mulige angrepspunkter Sprekker vil normalt være overmalt

8 10 mm 30 mm

9 Døvikfossen

10 Døvikfossen

11 Døvikfossen

12 Døvikfossen

13 Jernbanebruer er utmattingsutsatte Like laster Økte aksellaster siden prosjektering Stort potensial for dynamisk bidrag Mange utsatte deler er vanskelig tilgjengelig Korrosjon (manglende vedlikehold)

14 Aksellast tonn Aksellast tonn

15 Dynamisk faktor Feil på spor gir større dynamiske krefter Stivhetsovergang fra ballastspor til bru gir dynamiske krefter Lasker, dryppskader og sluresår kan gi økt dynamisk belastning på skinner Kan igjen gi korrugering på skinneflate og overflateutmatting som gir videre økning av dynamisk bidrag

16 Lasket spor Foto: da.wikipedia.org

17 Sluresår

18 Sluresår Foto:

19 Rullende kontaktutmatting/avskalling Foto::Jude Ingwemezie

20 Korrugerte skinner Foto: railmeasurements.com

21 Alder/vedlikehold

22 Alder/vedlikehold

23 Positive sider ved naglede jernbanebruer Lav stålkvalitet lave spenninger Nagler har en viss forspenning som gir god overføring av krefter Redundans i konstruksjon som følge av naglede deler

24 Positive sider ved naglede jernbanebruer:

25 s utmattingsprosjekt Konsulent ser nærmere på åtte utvalgte bruer utvalgt etter følgende kriterier: Fagverksbruer Prosjektert etter lastmodell 1899 (før 1932) Fra forskjellige steder i landet Ulik trafikkmengde Ulik fordeling mellom gods og persontog

26 Beregninger Beregnet etter levetidsmodell (safe life) Dette innebærer at alle bruer skal være sikre mot brudd med fortsatt restlevetid Dersom beregningsmessig levetid er overskredet, må de inspiseres Sannsynligvis behov for spesialinspeksjoner hvert år Betydelig kostnad med spesialinspeksjoner

27 Beregninger Begynte med skadeekvivalent metode Gav svært høy overskridelse av levetid Fjernet forutsetning om utmattingsfaktor 2,0 Benyttet i stedet flere lasttog og delskademetode

28 Grunnlag En rekke konservative antakelser er gjort Størrelse på aksellast (22,5 tonn fra 1932) Antall passeringer (likt antall passeringer som i 2011 hele levetid) Dynamisk faktor og utmattingsfaktor Konservative forutsetninger i modellering Noen ikke konservative antakelser Vindlaster ikke med Ikke skjevlast Ikke tatt høyde for høyere lastede tog/spesialtransporter Tar ikke hensyn til skader eller korrosjon

29 Resultater fra beregninger Ingen bruer hadde levetid under 30 år på hovedbæring Seks bruer hadde overskredet levetid på sekundærbæring, og ytterligere en har under 15 år Fire av åtte bruer har i følge beregningene langt overskredet levetid for forbindelsen mellom langbærer og tverrbærer Ingen klar sammenheng mellom alder eller trafikkmengde og beregningsmessig levetid Godstog med høye aksellaster gjør mest skade nesten utelukkende skader etter økning i aksellaster Designsvakheter gjør mest utslag

30 Beregningsrapporter oppfølging Inspeksjon av langbærer på Minnesund med magnetpulver Inspeksjon på punkter Tallerås og bru over Strømsøløpet Gunnstein Frøseth tar doktorgrad ved NTNU

31 Minnesund Global nedbøyning gir store spenninger i diagonaler i langbærer nær midt av spenn

32 Bru over Strømsøløpet Overskredet levetid forbindelse langbærer/tverrbærer

33 Tallerås Overskredet levetid forbindelse langbærer/tværrbærer Liten restlevetid langbærer og vertikal

34 Tallerås

35 Tallerås

36 Tallerås

37 Erfaring fra inspeksjoner Forbindelsen langbærer/tverrbærer er ikke et problem Gir at det er problemer med 50 %, ikke 75 % som opprinnelig Det er ikke avdekket skader på noen av konstruksjonene Dette indikerer at konstruksjonene er trygge så lenge de har beregningsmessig restlevetid Levetid forlenget med år for alle de inspiserte bruene

38 Input fra NTNU NSBs forskrifter tillot ikke aksellaster over 15 tonn før i 1964 Har stedvis brukt noe høye dimensjonerende utmattingsklasser Beregninger utført i doktorgrad gir om lag år lengre levetid enn anslått på Tallerås I sum har våre antagelser trolig vært noe konservative

39 Tillatte aksellaster Aksellast (tonn) Metervekt (tonn/m) 5 0 Før nå

40 Tillatte aksellaster 25 Aksellast (tonn)

41 Videre arbeid Beregninger utføres med oppdaterte verdier Beregninger bør utføres på alle vanskelig inspiserbare bruer Kartlegger omfang på problemet Kartlegger utsatte punkter Alle bruer over 15 m og fra før 1932 bør gjennomgås (100 stk) Dette inkluderer også bjelkebruer og pendelpilarbruer Doktorgrad på NTNU ser på inputverdier

42 Takk for meg! Foto: