Vliv koroze na únavovou životnost ocelových mostů

Abstract

Ocelové mosty staré desítky let musí odolávat nepříznivému prostředí, které způsobuje stárnutí a zhoršování vlastností materiálu. Zejména železniční mosty jsou navíc vystaveny velkému namáhání od dopravy, které může vést k únavovému poškození. Kombinace obou jevů má významný vliv na stav mostů a jejich zbývající životnost. Neexistují však žádné relevantní podklady, které by bylo možné využít při posuzování tohoto jevu. Neexistují téměř žádná doporučení pro stavební inženýry, jak zohlednit korozní oslabení při posuzování únosnosti a únavové pevnosti nýtovaných prvků. Z tohoto důvodu bylo předmětem disertační práce analyzovat a popsat vztahy mezi korozí a únavou. Výzkum byl založen na experimentálních únavových zkouškách provedených na korozně oslabených vzorcích odebraných z mostní konstrukce staré více než 120 let. Byly zkoumány vztahy mezi různými parametry charakterizujícími zkorodovaný povrch vzorků a únavovou životností. Následně byla vypracována metodika pro predikci zbytkové životnosti stávajících ocelových nýtovaných mostů s ohledem na únavové a korozní účinky. Odvozené vztahy byly implementovány do metodiky. V další fázi byl s využitím softwaru MATLAB vyvinut analytický softwarový nástroj (nazvaný FALCom) pro predikci zbývající únavové životnosti. Do tohoto nástroje byly integrovány výsledky experimentálního výzkumu. Do programu byly dále zahrnuty různé scénáře týkající se budoucí údržby mostů, což umožňuje vypočítat zbývající životnost mostů včetně odpovídajících nákladů. Aplikace vyvinuté metodiky a využití softwarového nástroje je v disertační práci ukázáno na případové studii zaměřené na posouzení zbytkové životnosti ocelového železničního mostu.

Decades-old steel bridges have to endure an unfavourable environment that causes the ageing and deterioration of material properties. Moreover, railway bridges in particular are exposed to a large number of stress ranges that may lead to fatigue damage. The combination of both phenomena has a significant impact on the condition of bridges and their remaining service life. However, there is no relevant background information that can be used in assessment of this phenomenon. There are almost no recommendations for civil engineers how to take into account the corrosion weakening for the assessment of bearing capacity and fatigue strength of riveted members. For this reason, the subject of the doctoral thesis was to analyse and describe the relation between corrosion and fatigue. The research was based on experimental fatigue tests performed on corrosion-weakened specimens taken from a bridge structure more than 120 years old. The relationships between various parameters characterizing the corroded surface of the specimens and the fatigue life were investigated. Subsequently, a methodology was developed to predict the remaining service life of existing steel riveted bridges considering the effects of fatigue and corrosion. The derived relationships were implemented in the methodology. In the next phase, using MATLAB software, an analytical software tool (called FALCom) for the prediction of the remaining fatigue life has been developed. The results of experimental research were integrated into this tool. Various scenarios regarding the future maintenance of bridges were included in the program, thus making it possible to calculate the remaining service life of bridges, including corresponding costs. The application of the developed methodology and the use of the program is shown in the doctoral thesis through a case study aimed at the assessment of the residual life of a railway bridge.