The application of the SMA for the fast emergency strengthening

Abstract

Subjektem je silně zkorodovaný prvek z tepaného železa, patřící ke starému železničnímu mostu přes řeku Vltavu v Praze v České republice. Prostřednictvím modelování konečných prvků je prvek vyztužen plechem ze slitiny s tvarovou pamětí na bázi železa, jenž je upevněna práškově aktivovanými hřebíky. Je popsán numerický model a jeho koncepce, jeho obtíže a nejistoty. Při využití efektu tvarové paměti se generuje obnovovací napětí, které v mostě působí tlakovou odezvou. Stručně je popsána historie mostu. Vyhodnoceny jsou tři velikosti obnovovacího napětí: 161, 328 a 430 MPa, v závislosti na aktivační teplotě a následně porovnány se základním modelem. Účinek intervence je zkoumán v únavovém zatížení prostřednictvím diagramu konstantní životnosti a metodou modifikovaného nominálního napětí, a také v mezním stavu únosnosti. Ukázalo se, že napětí 161 MPa je nedostatečné pro únavové selhání a napětí 430 MPa se ukazuje jako nedostatečné v mezním stavu únosnosti. Z těchto tří je tedy nejvhodnější obnovovací napětí 328 MPa generované při 160 °C. Kvůli omezením uvaleným na svět kvůli Covid-19 nebylo možné provést žádné experimenty k ověření výsledků.The subject is a heavily corroded wrought iron member, belonging to an old railway bridge over the river Vltava in Prague, Czech Republic. Through finite element modeling the member is strengthened with a sheet of an iron-based shape memory alloy, fastened with powder actuated nails. The numerical model is described, and its conception, its difficulties and uncertainties. Exploiting the shape memory effect, a recovery stress is generated, exerting a compressive response stress in the bridge member. The history of the bridge is briefly described. Three magnitudes of recovery stress, 161, 328, and 430 MPa, dependent on the activation temperature are evaluated and compared to the base model. The effect of the intervention is examined in fatigue loading through constant life diagram and modified nominal stress method, and in the ultimate limit state. The 161 MPa recovery stress model is shown to be insufficient for fatigue failure and the 430 MPa recovery stress model is shown to be insufficient in the ultimate limit state. Thus the 328 MPa recovery stress, generated at 160 °C, is the most suitable out of the three. Because of the restrictions imposed on the world due to Covid-19 no experiments were able to be carried out to verify the results.