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
Load-carrying capacity of a strengthened reinforced concrete bridge: Non-linear finite element modeling of a test to failure. Assessment of train load capacity of a two span railway trough bridge in Örnsköldsvik strengthened with bars of Carbon Fibre Reinforced Polymers (CFRP)
Luleå University of Technology, Department of Civil, Environmental and Natural Resources Engineering, Structural and Construction Engineering.
2012 (English)Doctoral thesis, comprehensive summary (Other academic)
Abstract [en]

To meet the future traffic demands there is a constant need of making the infrastructure moreeffective. This can be achieved by increasing the capacity and/or life length of traffic lines. Apart of the efforts to do this is increasing the load carrying capacity of the railway bridges sothat it is possible to allow heavier freight trains to pass the bridges.In this thesis the assessment of the load carrying capacity of a strengthened concrete troughrailway bridge, The Övik Bridge, with two spans in Örnsköldsvik, in northern Sweden, istreated. To investigate the ultimate behavior of the bridge a full scale load test up to failure wasperformed in 2006.At the loading test in Örnsköldsvik a steel beam was placed in the mid of one of the spans ofthe bridge. The failure was caused by pulling the steel beam downwards with cables whichwere anchored with injection into the drilled holes in the bedrock beneath the bridge.While the mechanism of a bending failure is commonly considered to be well investigated, thestructural models for the shear failure are still the object of intense research. The bottom sidesof the edge beams of the Örnsköldsvik Bridge were strengthened with Near Surface Mountedreinforcement (NSM) consisting of Carbon Fibre Reinforced Polymers (CFRP) to increase thebending capacity and in that way steer the bridge to failure in shear instead of bending.The material properties of the reinforcement were determined in tension tests. Concreteproperties were determined by testing drilled core samples. Displacements and deflections ofthe bridge, strains in concrete, steel and carbon fibre reinforcement were measured during thetest as a function of the increasing load.In this thesis the analysis of the failure of the bridge, structural models describing the behaviorand load carrying capacity are evaluated according to different design codes. Advanced finiteelement analysis is applied with both geometrical and material non-linearities included. Toverify the models used in codes and computer calculations the response of the bridge duringthe test is compared with the calculation results.The refined and calibrated FEM model is used to predict how high axle loads of a train theÖvik Bridge could have sustained. The Övik Bridge was designed in 1950’s for axle loads of20 ton. The calculations methods developed in this thesis show that the axle loads in the failurestate could have been increased at least up to 154 tons without strengthening and to 215 tonwith strengthening of the bridge slab with carbon fibre reinforcement bars with Af = 100 mm2c 150 mm using statistical mean values of loads and material properties in the calculations.

Abstract [sv]

Bärförmågan hos en förstärkt betongbroIcke-linjär finit elementmodellering av en brottbelastningTillståndsbedömning av en järnvägstrågbro med två spann i Örnsköldsvik förstärkt med stänger av kolfiberarmerade polymerer (CFRP)För att möta de framtida krav som trafiksektorn står inför måste infrastrukturen effektiviseras. Detta kan bland annat uppnås genom att öka trafikledernas kapacitet och livslängd. En del av denna ambition består av att öka lastkapaciteten på järnvägsbroar så att man kan tillåta tyngre godståg att passera.I denna avhandling behandlas tillståndsbedömning av en förstärkt trågbro av armerad betong. Bron hade två spann och var belägen i Örnsköldsvik i Sverige. Ett fullskaleförsök utfördes år 2006 för att studera brons beteende under ökande last tills brott uppstod.Under testet i Örnsköldsvik placerades en stålbalk i mitten av brons ena spann. Brottet frambringades genom att stålbalken drogs neråt med kablar, som hade förankrats i berget med injektion under bron, så att lasten på bron ökade. Medan mekanismen för böjmoment allmänt anses vara väl utredd är olika modeller för bärförmågan för tvärkraft fortfarande föremål för intensiv forskning. För att undvika det icke-intressanta böjbrottet förstärktes kantbalkarna i underkanten med kolfiberarmering (CFRP) i form av stavar som limmades fast i utsågade slitsar (Near Surface Mounted reinforcement, NSM). På det viset styrdes bron till att få skjuvbrott istället för böjbrott.Materialegenskaper för betongen bestämdes med hjälp av utborrade cylindrar och för armeringen med dragprov. Förskjutningar och utböjningar av bron samt töjningar i betong, stål- och kolfiberarmering mättes under pågående test som funktion av den ökande lasten.Bron analyserades på flera sätt för att jämföra verklig bärförmåga med olika normer. Ickelinjära finita element har härvid använts för att utvärdera hur avancerade beräkningsverktyg kan beskriva det verkliga skeendet. Olinjäriteter har beaktats i såväl material som geometri. Den förfinade och kalibrerade FEM -modellen användes för att bedöma den maximala axellasten för tåg som Öviksbron skulle ha kunnat bära. Öviksbron dimensionerades på 1950- talet för axellaster på 20 ton. Beräkningsmodellerna utvecklade i avhandlingen visar att bron i brottstadiet hade kunnat klara axellaster på minst 154 ton utan den utförda förstärkningen och på 215 ton med förstärkningen av broplattan med kolfiberstänger med Af = 100 mm2 c 150 mm. Statistiska medelvärden av laster och materialparametrar har härvid använts i beräkningarna.

Place, publisher, year, edition, pages
Luleå: Luleå tekniska universitet, 2012.
Series
Doctoral thesis / Luleå University of Technology 1 jan 1997 → …, ISSN 1402-1544
National Category
Infrastructure Engineering
Research subject
Structural Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:ltu:diva-26717Local ID: fbbbe3d0-6876-4acc-a193-303f9c1330acISBN: 978-91-7439-433-7 (print)OAI: oai:DiVA.org:ltu-26717DiVA: diva2:999887
Note
Godkänd; 2012; 20120425 (ysko); DISPUTATION Ämnesområde: Konstruktionsteknik/Structural Engineering Opponent: Docent Mario Plos, Institutionen för bygg- och miljöteknik, Chalmers Tekniska Högskola, Göteborg Ordförande: Professor Mats Emborg, Institutionen för samhällsbyggnad och naturresurser, Luleå tekniska universitet Tid: Onsdag den 30 maj 2012, kl 10.15 Plats: F1031, Luleå tekniska universitetAvailable from: 2016-09-30 Created: 2016-09-30 Last updated: 2017-11-24Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(30428 kB)162 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 30428 kBChecksum SHA-512
b1c2366245abcb04cb9334156730445ce25b791b86e754d70b1fc443812c20b077d1a2be2c063f339021addf485534fdf21bfd97a4a4b2683c49b47dbf978570
Type fulltextMimetype application/pdf

Search in DiVA

By author/editor
Puurula, Arto
By organisation
Structural and Construction Engineering
Infrastructure Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 162 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

isbn
urn-nbn

Altmetric score

isbn
urn-nbn
Total: 484 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