Zatížení mostů a únava

Pro návrh a dimenzování mostní konstrukce je nutné mít k dispozici co nejpřesnější zatěžovací údaje. Pokud návrh probíhá na základě doporučeného normového postupu, je stanovena zatěžovací třída mostu, je možno stanovit (odhadnout) typickou skladbu provozu a intenzitu dopravy za stanovené časové období (rok). Přesnější údaje o odezvě konkrétní mostní konstrukce lze získat pomocí experimentálně získaných, např. tenzometrických, měření ve vytipovaných místech. Tímto způsobem je možno obdržet reprezentativní záznamy účinků provozních zatížení a z nich odvozená spektra zatížení. Spektra zatížení, resp. získaná spektra napětí mohou být následně zpracována do spekter četnosti amplitud nebo do dvou parametrických „rain-flow matrix“ s případným doplněním středních hodnot.

Vypovídací hodnota reprezentativních záznamů provozních zatížení je přímo závislá na délce experimentálního měření. Preferují se proto dlouhodobé záznamy; krátkodobé záznamy by měly být opakovaně konfrontovány s reálnými podmínkami. Specifikum silničních mostů spočívá v tom, že na rozdíl od strojních součástí a také železničních mostů, u kterých jsou přece jen k dispozici daleko přesnější informace o intenzitě a skladbě dopravy a jejich účinků, u silničních mostů má zatížení převážně stochastický charakter. Pro úspěšnou predikci únavové životnosti je potřebné mít k dispozici pokud možno výstižné informace o historii zatěžování. Kmitavá zatížení mohou být všeobecně rozdělena podle časového průběhu na průběh deterministický a stochastický. U deterministického průběhu zatížení je možno velikost zatížení v libovolném budoucím časovém okamžiku a v libovolném místě přesně stanovit. Převažuje-li zmíněná složka deterministická, může se dále jednat o proces periodický nebo neperiodický. Pokud lze složku deterministickou vyloučit, zůstává pouze proces náhodný. Stochastický průběh zatížení se mění nepravidelně, náhodně. S ohledem na stochastický charakter je možno tento průběh popsat pouze s využitím počtu pravděpodobnosti.

Stochastický průběh zatížení je možno dále rozlišovat na stacionární a nestacionární. Charakter zatížení mostů a zejména mostů pozemních komunikací dopravou je možno klasifikovat jako proces náhodný (stochastický), na napěťovou odezvu má v konečném důsledku vliv také dynamické chování mostu.

VSTUPNÍ INFORMACE O ZATÍŽENÍ
Podle zvoleného přístupu posuzování vstupní informací o zatížení může být:

• rozkmit napětí,
• ekvivalentní rozkmit napětí,
• vyhodnocené spektrum rozkmitů.

TŘÍDÍCÍ METODY A VYHODNOCENÍ ÚČINKŮ ZATÍŽENÍ
Mostní konstrukce se všeobecně vyznačují tím, že časový průběh účinků únavového zatížení je velmi složitý a má stochastický charakter. V technické praxi existuje celá řada třídících metod. Společným znakem většiny z nich je to, že nedbají časové posloupnosti jednotlivých
cyklů, což je ovšem přijatelné za předpokladu stochastického průběhu napětí. Třídění se tedy děje bez ohledu na časové měřítko:

• metoda Rain Flow,
• metoda Reservoir,
• metoda Range Count.

Celý článek v nezkrácené podobě naleznete ve formátu PDF zde.

Bridge Load and Fatigue
The article presents discussion and recommendation in connection with influence and evaluation methods of bridge loading events. Newly, according to Eurocode 3, two reliability concepts may be considered: damage tolerant concept and safe life concept. Fatigue life assessment may be based on fully probabilistic concept, too. The loading as well as response history should be taken into consideration and a fatigue criterion, based on the stress-range concept, should be applied. Crack growt may be modelled using LEFM procedures, initial crack size ai may be determined as input random variable with log-normal distribution.

Autor

• Ing. Marek Pavel Ph.D.