Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Strengthening of a concrete railway bridge in Luleå with carbon fibre reinforced polymers - CFRP: load bearing capacity before and after strengthening
Luleå University of Technology, Department of Civil, Environmental and Natural Resources Engineering, Structural and Construction Engineering.
1999 (English)Report (Other academic)
Abstract [en]

The railroad between Gällivare and Luleå in the northern part of Sweden is called Malmbanan. Heavy loads of iron ore are transported on this railroad daily. During long time the weight of the load has been approximately 5 000 tons per train which correspond to 25 tons per axle. A wish from LKAB to increase the load up to 30 tons per axle or 6 000 tons per train exists. Calculations of the load bearing capacity of the bridges show that many of them will not be able to carry these higher loads without strengthening. There exist several methods for strengthening of a concrete structure. A strengthening method that have been more and more used during the last years is bonding of carbon fibre composite fabrics or laminates to the surface of the structure. The Swedish Rail Road authorities wanted to investigate the method more closely and of that reason a bridge were strengthened in Luleå during the summer of 1998. The bridge is built of concrete and has three spans. It is located at Kallkällan NW of the city centre. The objective of the test was not only to investigate the strengthening effect but also to study the work methods and the work environment during handling of the thermosetting plastic. Before the strengthening system was applied, the concrete surface was smoothened by sandblasting and grinding. Putty was used for bigger irregularities. The strengthening system consists of a hand lay up system with epoxy and unidirectional carbon fibre sheets. Later the concrete surface was coated by a polyurethane paint, with function to protect against UV-radiation and mechanical damage and also to give an increased aesthetic value. During the work the environmental and health aspects were taken into account and the epoxy, as well as the epoxy components were handled in a strict and careful manner, for example all the waste were placed in closed containers and sent to destruction. In the report, general equations, modes of action and design principles for strengthening by externally bonded fibre-reinforced polymers are described shortly. Some of the calculations that have been done for the bridge are also shown. For investigation of the strengthening system a comprehensive test program was undertaken on the bridge before and after the strengthening system was mounted. Both strains and deformations were measured when ore trains at different speeds passed on the bridge. The weight of each train was measured to be able to compare measurements of different trains with each other. Measured values from testing were relatively close to theoretical calculated levels, before and after the strengthening, both regarding strains and deformation. The measurement showed that the strengthening had increased the stiffness of the bridge by about 16%. Also measurements of the concrete quality were undertaken as well as an investigation of the bridge condition. The difficulties to decide the clamping of the slab in the load bearing beams and the chosen models for calculations have a big influence of the theoretical results. However, the measurements show that the method of strengthening concrete bridges by bonding carbon fibres to the surface works in an effective manner even when trains are frequenting the bridge during the strengthening work. In chapter 1 a short introduction and background to the project is given. In chapter 2 theoretical work are described and in chapter 3 the execution of the strengthening work is described. In chapter 4 the results and the performance from the measurements are recorded. In chapter 5 a comparison between theory and tests are made. In chapter 6 conclusions are presented and finally in chapter 7 proposal to further work is given.

Abstract [sv]

Järnvägssträckningen mellan Gällivare och Luleå benämns Malmbanan. På denna sträckning fraktas dagligen stora mängder järnmalm. Under lång tid har fraktlasten varit ca 5 000 ton per tåg vilket då motsvarar 25 ton per axel. Önskemål finns nu från LKAB att öka lastkapaciteten upp till 30 ton per axel eller 6 000 ton per tåg. Beräkningar visar då att ett stort antal av de befintliga broarna inte klarar denna belastningsnivå utan förstärkning. Härvid finns då ett flertal förstärkningsmetoder att tillgå. En alltmer använd förstärkningsmetod är att limma kolfiberväv eller laminat mot en betongkonstruktion och på så sätt öka dess bärighet. Banverket ville undersöka metoden mer ingående och av den anledningen förstärktes en bro i Luleå under sommaren 1998.Bron är en traditionell trågbro i betong bestående av tre fack och belägen i utkanten av Luleå, nämligen vid Kallkällan. Målsättningen med försöken var förutom att undersöka förstärkningseffekten även att studera utförandemomenten och arbetsmiljöaspekterna. Innan förstärkningssystemet monterades, jämnades betongytan till genom sandblästring och slipning med efterföljande spackling av större ojämnheter. Förstärkningssystemet bestod av ett handmonterat system av en kombination av epoxi och enkelriktade kolfibrer i remsor. Efter appliceringen av kolfiber målades ytan med en grå polyuretanfärg vilkens funktioner är att skydda ytan mot uv-strålning och viss mekanisk åverkan samt ge ett förhöjt estetiskt utseende. Under arbete togs stor hänsyn till miljö och hälsoaspekter, bl a placerade härdplastavfall i slutna behållare och sändes till destruering efter avklarat arbete. För övrigt följdes föreskrifter bestämda av arbetarskyddsstyrelsen. I rapporten beskrivs även kort generella ekvationer, verkningssätt och dimensioneringsprinciper för förstärkning med utanpåliggande fastlimmad fiberkomposit. En del av beräkningarna vilka utförts på bron redovisas också. För att undersöka förstärkningseffekten utfördes ett omfattande mätprogram på bron före och efter förstärkningsarbetet. Både töjningar och deformationer mättes när malmtåg passerade bron i olika hastigheter. Samtliga tåg vägdes för att kunna jämföra mätvärden från de olika tågen med varandra. De uppmätta värdena från provbelastningarna överensstämde relativt bra med de teoretiska före och efter förstärkningen både med avseende på töjningar och deformationer. Mätningarna visade att förstärkningen hade ökat brons styvhet med cirka 16 %. Även mätningar av betongens kvalitet såväl som en undersökning av brons tillstånd gjordes. Det bör nämnas att det finns svårigheter att bestämma trågbottens inspänningsgrad i huvudbalkarna samt att valda beräkningsmodeller har stor betydelse för erhållna teoretiska mätresultat. Dock visar de jämförande mätningarna att förstärkningsmetoden med pålimning av kolfiber mot betongytan fungerar på ett effektivt sätt och detta även när tåg trafikerar bron under förstärkningsarbetets gång.I kapitel 1 ges en kortfattad inledning och bakgrund till förstärkningsmetoden. Kapitel 2 redovisar det teoretiska arbetet och i kapitel 3 beskrivs arbetsutförandet. I kapitel 4 beskrivs mätförfarandet och resultat från mätningen. I kapitel 5 görs en jämförelse mellan teori och försök. I kapitel 6 ges en sammanfattning och förslag till fortsatt arbete redovisas slutligen i kapitel 7.

Place, publisher, year, edition, pages
Luleå: Luleå tekniska universitet, 1999. , 62 p.
Series
Technical report / Luleå University of Technology, ISSN 1402-1536 ; 1999:18
National Category
Infrastructure Engineering
Research subject
Structural Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:ltu:diva-23340Local ID: 690dbce0-29cf-11dd-8657-000ea68e967bOAI: oai:DiVA.org:ltu-23340DiVA: diva2:996389
Note
Godkänd; 1999; 20080524 (ysko)Available from: 2016-09-29 Created: 2016-09-29 Last updated: 2017-11-24Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(668 kB)23 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 668 kBChecksum SHA-512
9e8af347799f10fb0f4b7127d69e56baf5bdaff965716e2f883f9d089732534c284ee67a9b3d948bb808f22ff7d54d48fa48f494b6003b3c5fb7d68c0a6bebb3
Type fulltextMimetype application/pdf

Search in DiVA

By author/editor
Täljsten, BjörnCarolin, Anders
By organisation
Structural and Construction Engineering
Infrastructure Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 23 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 49 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf