Improved quality assessment procedure for old truss bridges according to measuring data

摘要

In China, many steel truss bridges built at the beginning of the last century are still in service. These bridges have been integrated with the local culture, and demolishing them would be a great pity. Besides, most of them are located in urban centres and their century-old structures still carry heavy traffic loads. So the safety of these bridges are a serious concern for the local bridge management departments. But the existing evaluation method, which is based on experience, is unreliable. This paper, taking Zhejiang Road Bridge in Shanghai as an example, illustrates an improvement to the evaluation method from the perspectives of traffic load, corrosion and fatigue. The characteristic parameters of traffic loads are first investigated to form a probability density function (PDF) and the traffic load effects spectrum is obtained from a Monte Carlo simulation analysis. Tensile tests on specimens with different degrees of corrosion are performed in order to analyse the effects of corrosion on truss structures. The fitted curve of test data and the degree of corrosion detected on truss components are used to estimate the residual loadbearing capacities of the bridge components. Finally, the fatigue lives of the components are predicted in a study applying fracture mechanics. At the beginning of the study, the crack propagation rate and the fracture toughness are tested and the initial crack is detected using ultrasonic phased arrays. The stress spectrum based on numerical techniques obtained from the previous Monte Carlo simulation is then used to assess the residual fatigue life of each tension components.%In China sind noch zahlreiche Stahl-Fachwerkbrücken in Betrieb, die Anfang des vergangenen Jahrhunderts errichtet wurden. Sie sind ein Teil der örtlichen Kulturgüter geworden und ihr Abriss würde einen großen Verlust darstellen. Viele dieser hundertjährigen Brücken in den Stadtzentren tragen weiterhin große Verkehrslasten. Die Sicherheit dieser Bauwerke ist also ein wichtiges Thema für die örtlich zuständigen Behörden. Jedoch liefert das herkömmliche, erfahrungsbasierte Vorgehen hierfür keine zuverlässigen Bewertungen. Im vorliegenden Beitrag wird am Beispiel der Brücke in der Zhejiang-Straße in Shanghai gezeigt, wie ein auf Verkehrslast, Korrosion und Ermüdung basierendes Verfahren zuverlässigere Bewertungen ermöglicht. Zuerst werden die charakteristischen Parameter der Verkehrslasten ermittelt und hieraus eine Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion (WDF, engl. PDF) berechnet. Das Wirkspektrum der Verkehrslasten wird durch Analyse einer Monte-Carlo-Simulation (MC-Simulation) erstellt. Zugprüfungen an Bauteilproben mit unterschiedlichen Korrosionsstadien dienen dann der Bestimmung der Korrosionseffekte auf das Fachwerk. Anhand einer Ausgleichskurve aus Prüfdaten und ermitteltem Korrosionsgrad von Fachwerkteilen wird die verbleibende Tragfähigkeit der Brückenbauteile abgeschätzt. Abschließend wird die Ermüdungslebensdauer der Bauteile mittels bruchmechanischer Untersuchung vorhergesagt. Eingangs dieser Untersuchung werden Rissausbreitungsrate und Bruchzähigkeit mittels Ultraschall (ultrasonic phased array) ermittelt. Die Restlebensdauer der Bauteile wird dann mit numerischen Verfahren auf Grundlage des aus der MC-Simulation erhaltenen Lastspektrums bestimmt.