Load rating of the stone arch bridge at Poniklá using 2D and 3D models.

Abstract

Zděné klenbové mosty jsou jedinečnou a důležitou částí světové silniční sítě. Mnohé byly postaveny před více než 100 lety a od té doby měnící se dopravní zátěž vyžaduje obnovení informací o jejich bezpečnosti. Zatížitelnost mostu určuje jeho přípustné zatížení k ověření bezpečnosti a v normách a směrnicích existují metody k jejímu stanovení. Platí to pro ocelové, železobetonové a dřevěné mosty ale pro zděné klenbové mosty není přijata žádná konsistentní metoda. Práce nejprve identifikuje existující metody a sofware použitelné k určení zatížitelnosti zděných klenbových mostů. Lze je shrnout do těchto kategorií: normy, semiempirické metody, metody založené na mezní únosnosti a numerické metody. Mnohé z nich používají jednodušší 2D modely místo 3D modelů protože nelineární 3D výpočet je mnohem obtížnější a dražší. Třídimensionální podstata mostů se často nerespektuje a příčné efekty se zanedbávají . V tomto kontextu je cílem práce je poskytnout opravné koeficienty pro 2D nelineární výpočty které pokryjí odchylky v příčném směru v případové studii mostu v Poniklé v severních Čechách v České republice.M odely jsou vytvořeny v software RFEM. Kompletní je analýza v lineárně pružném režimu při nesymetrickém zatížení. Opravné faktory jsou vypočteny pro několik příčných řezů podél rozpětí jednoho pole, kde mohou vzniknout mechanismy. Byla provedena analýza senzitivity na změny materiálovýchparametrů k ověření konsistence výsledků. Konečným cílem disertace je použít tento přístup na 2D nelineární model vytvořený v nekomerčním software stavební fakulty ČVUT a poskytnout aktualizovanou zatížitelnost zděného klenbového mostu v Poniklé. Rozšíření znalostí o očekávaných rozdílech mezi 2D a3D modely může pomoci vytvořit přesnější modely zatížitelnosti a snížit nároky na vstupní data. Je tedy naším zájmem porozumět rozdílům mezi 2D a 3D modely. Hlavním cílem diplomové práce je srovnat tyto rozdíly na případu mostu v Poniklé v severních Čechách v České republice.

Masonry arch bridges are a unique and important part of the world’s bridge stock. Many were built over 100 years ago, and in that time changing traffic patterns and loading conditions require updated information of their current usage. Bridge load rating is the method of determining the load carrying capacity of all bridges, to verify safety, and methods exist in codes that can be applied. However, the applicability of these load rating techniques is limited to steel, reinforced concrete, and timber bridges. For masonry arch bridges, no one method is adopted consistently to examine these bridges. The work herein presented, first identifies all of the methods and software that exist in order to determine the load rating of masonry arch bridges. Load rating methods typically fall under the following categories: codes, semi-empirical methods, limit analysis-based methods, and numerical methods. Many of these methods utilize 2D models instead of 3D models, as it is much more difficult and expensive to perform a nonlinear 3D analysis. The intrinsic nature of bridges in three-dimensions is often not considered, disregarding any transverse effect due to their components. In this context, the primary objective of this thesis is to provide correction factors for nonlinear 2D solutions which cover the transverse fluctuations the case study of the Poniklá Bridge located in Bohemia in the Czech Republic. Models are created in the software RFEM. The analysis completed is linear elastic under unsymmetrical live loading. Correction factors are calculated at locations along the span of the arch where possible failure mechanisms can be created. A sensitivity analysis of material properties was carried out to validate the model. The final objective of this thesis is to apply this approach to a 2D nonlinear model, created using a non-commercial software designed in the CTU Faculty of Civil Engineering, and to provide an updated load rating for the masonry arch bridge at Poniklá. The growth of knowledge regarding the expected difference between 2D and 3D models can help to make load rating models more accurate and easier to carry out with less input data.