Strengthening of Historical Steel Bridges

Abstract

Zesilování Historických Mostů Mosty tvoří klíčovou součást infrastruktury, přičemž pro jejich správnou funkci je nutno skloubit údržbu a požadavky na minimální narušení provozu. Pokud tyto požadavky na údržbu nejsou zcela plněny, a pokud přidáme stárnutí mostu, zatížení a případně i konstrukci tvořící industriální památku, vzniká potřeba efektivního řešení oprav a zesilování. Jako součást projektu NAKI II podpořeného Ministerstvem kultury ČR, tato práce se zabývá metodami zesilování pro historické mosty. Zaměřuje se na polymery vyztužené uhlíkovými vlákny (CFRP) a jejich využitím pro zesilování prvků a styčníků. Práce obsahuje podrobné state-of-the-art popisující zesilování tradiční (příložky přivařené, šroubované a nýtované, výměna prvků a doplnění) a moderní technologie (lepení ocelových plechů, CFRP a předpínání), jejich benefity a vhodnost pro historické mosty. Je analyzována řada vybraných styčníků s ohledem na možné zesílení. Pozornost byla věnována účinkům teploty a proměnného zatížení. Lze konstatovat, že CFRP má řadu výhod oproti klasickým technologiím. Jednoduchá aplikace, vysoká pevnost ve srovnání s hmotností a schopnost se přizpůsobit dané geometrii. Problematika teploty je řešitelná návrhem předpětí. Celkově je CFRP slibnou možností zesilování, je ale stále řada otevřených otázek pro další výzkum, jako je celkové chování, únava, soudržnost a další, které však nebyly předmětem těchto tezí.

Bridges are key components of infrastructure that face unique issues: they require significant routine maintenance while needing minimal interruption to the traffic they carry. Couple these challenges with the increased age, loading and industrial heritage classification, and the need for an effective solution for repair is warranted. As part of the NAKI II project funded by the Ministry of Culture for the Czech Republic, this thesis aims in developing these techniques for industrial heritage bridges. The focus is on carbon fiber reinforced polymers (CFRP), and its use for strengthening of joints and members. The Železniční most in Prague is a prime example of an industrial heritage bridge in need of rehabilitation due to its severe corrosion issues. A thorough state-of-the-art is conducted on both traditional (steel plate welding, bolting and riveting, member addition and replacement) and modern techniques (steel plate bonding, CFRP and pre-stressing), accessing the benefits and drawbacks to each method with their use specific to heritage bridges highlighted. An analysis of a selected joint from the Železniční most is analyzed with applicable strengthening techniques. Attention is given to the effect of different live loading conditions and temperature variations. These results are used to supplement the review with numerical values and behavior for a specific repair. From the review and numerical analysis, it is evident that CFRP has significant benefits when compared to other available techniques. Its ease of installation, high strength-to-weight ratio and is able to adapt to complex geometry are key benefits. Even the concerns with temperature can be addressed with an adequate pre-stressing design. Overall it is shown that CFRP has promising use with industrial heritage bridges. The need remains to further investigate CFRP bonding, global joint behavior and fatigue loading, as these were not within the scope of the thesis.