The Influence of Higher Modes Vibrations on Local Cracks in Node of Lattice Girders Bridges / Wpływ Wyzszych Postaci Drgan Na Zaistnienie Lokalnych Spekan W Wezle Mostu Kratowego

Open access

Abstract

Several previous investigations on failure of a certain type lattice girders railway bridge (on so called BJD line) have not convincingly explained reasons nor have they described potential hazards. This paper attempts to provide an answer, employing static, dynamic, and fatigue analysis of the structure, focusing on previously not analyzed vibrations of elements constituting a lattice node. Detailed models of two types of such nodes - damaged and non- damaged were compared, inside carefully defined limits of applicability.

Extended abstract

The research project was aimed at finding out the reasons behind lattice girders nodes cracking of railway bridge. The study outlines history of several previous investigations, that did not convincingly explained reasons of failure. The lattice girders that are subject of the study are a part of a railway bridge, which consists of six independent, freely supported steel spans. Four of them are mill rolled and two are apparently identical lattice girders. In one of lattice girders some cracking has been noticed. In second, twin lattice girder, supporting the same rail, such cracking does not occur. The research project focused on specific, particular circumstances for comparative investigation. Detailed models of two types of such nodes (damaged and non-damaged), as well as detailed models before and after repair were analyzed. The study suggests that the main reasons of damage are local static and dynamic influences and all real level strains.

Modern numeric analysis of bridges provides very accurate results, dependant largely on accuracy of the calculation model. It is therefore necessary to verify theoretical calculation results empirically. Field tests provide good basis for verification and analysis of quality of theoretical models. The paper describes how a specific placement of deflection sensors made possible recording of main natural vibration frequencies in the subject bridge. The empirically detected frequencies confirmed the ones identified by the theoretical analysis. Specific placement of sensors (accelerometers and tensometers) allowed further detection of local vibration patterns in two nodes being subject to the tests. Prevailing part of the power spectrum density was identified near the theoretically obtained natural frequencies of transverse girders near to the dilatation.

The analysis, confirmed by the empirical tests, allowed unambiguous explanation of the damage cause, and the reason it appeared only in one of two twin bridge spans.

Streszczenie

W kolejowym moscie kratowym zdarzyły sie trudne do wytłumaczenia awarie. Mimo licznych wczesniejszych ekspertyz i badan naukowych nie udało sie w sposób jednoznaczny ustalic przyczyn tych awarii. Ustrój nosny, który uległ awarii, jest czescia wiekszego obiektu mostowego złozonego z szesciu niezaleznych, swobodnie podpartych stalowych przeseł. Cztery z nich to przesła blachownicowe, a dwa pozostałe to blizniacze przesła kratowe. W blachownicowych przesłach nie stwierdzono zadnych uszkodzen. Natomiast w jednym z przeseł kratowych zauwazono pekniecia w dolnym pasie kratownicy. Pojawiły sie one w wezłach połozonych w okolicy przerwy w betonowym korycie pomostu. W drugim, blizniaczym przesle kratowym, połozonym w tym samym torze, nie stwierdzono zadnych uszkodzen pomimo wielokrotnych i dokładnych ogledzin. Wykorzystano te szczególne okolicznosci sprzyjajace przeprowadzeniu badan porównawczych.

W celu wyjasnienia przyczyn pekania zbudowano szczegółowe modele obliczeniowe wezłów kratowego ustroju nosnego mostu kolejowego. Przedmiotem analiz były dwa wezły kratownic. Pierwszy to ten wezeł kratownicy, który uległ awarii, a drugi to jego odpowiednik w nieuszkodzonej kratownicy.Wwyniku przeprowadzonych analiz obliczeniowych wykazano, ze przyczyna uszkodzen sa lokalne wpływy statyczne i dynamiczne działajace na tle rzeczywistego poziomu naprezen.

Współczesne metody numerycznej analizy mostów pozwalaja na uzyskanie bardzo dokładnych wyników. Nie jest to jednak cała prawda, gdyz wyniki te sa zalezne od dokładnosci danych wprowadzonych do modelu obliczeniowego. Z tych wzgledów nalezy otrzymane teoretycznie wyniki zweryfikowac w badaniach terenowych. Badania terenowe daja dobra podstawe do przeprowadzenia analizy jakosciowej teoretycznych modeli obliczeniowych. Umozliwiaja one weryfikacje otrzymanych wyników z tych analiz.

Przeprowadzona analiza obliczeniowa, potwierdzona badaniami terenowymi, pozwoliła jednoznacznie wyjasnic przyczyny awarii. Zdołano obliczeniowo wykazac, dlaczego doszło do awarii w jednym przesle kratowym, a w drugim, blizniaczym, identycznie obciazonym przesle kratowym takie uszkodzenia nie powstały.

References

  • 1. Design and executive documentation of the BJD siding. Railway bridge (original design package, in Polish). CBPBBK KOLPROJEKT, Warszawa-Katowice 1979-1989.

  • 2. Technological design of protection and reconstruction of railway bridge (rectification design, in Polish). Biuro Techniczne MOSTOCONSULT, Gliwice 1992-1994.

  • 3. H. Czudek, T. Pietraszek, Durability of steel bridge structures in variable loads [in Polish], WKiŁ, Warszawa 1980.

  • 4. J. Głomb, J. Weseli, Influence of dynamic effects on load capacity limit state of metal bridges [in Polish]. Archives of Civil Engineering - 32, 1, 1986.

  • 5. J. Weseli, Fatigue failures in a certain type of node of latticed girders railway bridge [in Polish]. Conference on Structural Failures „Awarie”, Szczecin-Miedzyzdroje, 1995.

  • 6. J. Weseli, S. Pradelok, Analysis of reasons of damages of latticed girders railway bridge [in Polish], Conference on Structural Failures „Awarie”, Szczecin-Miedzyzdroje, 743-750, 1996.

  • 7. J. Weseli, S. Pradelok, Analysis of reasons of a cross-bar crack of latticed girders railway bridge [in Polish], Conference on Structural Failures „Awarie”, Szczecin-Miedzyzdroje, 543-550, 1999.

  • 8. S. Pradelok, J. Weseli, The influence of higher modes vibrations on local cracks in node of lattice girders bridges [in Polish]. Conference on Structural Failures „Awarie”, Szczecin-Miedzyzdroje, 581-588, 2003.

  • 9. S. Pradelok, The influence of higher modes vibrations on local cracks in node of lattice girders bridges [in Polish]. PhD Thesis, Faculty of Civil Engineering, Silesian University of Technology, Gliwice 2004.

  • 10. S. Pradelok, Dynamic tests of certain lattice girder railway bridge type nodes. International Conference on Experimental Vibration Analysis for Civil Engineering Structures - EVACES’09, Wrocław University of Technology, Wrocław, 221-222, 2009.

  • 11. J. Weseli, ZMECZ, software package for the analysis of fatigue life. Gliwice 2003.

Archives of Civil Engineering

The Journal of Polish Academy of Sciences

Journal Information


SCImago Journal Rank (SJR): 0.251
Source Normalized Impact per Paper (SNIP): 0.521

Metrics

All Time Past Year Past 30 Days
Abstract Views 0 0 0
Full Text Views 9 9 9
PDF Downloads 12 12 12