Fatigue failure of welded connections at orthotropic bridges

Abstract

RIASSUNTO.Le piastre ortotrope sono state applicate ai ponti di grande luce a partire dal periodo immediatamente successivo alla Seconda Guerra mondiale a causa dei numerosi vantaggi che esse presentano, come il peso contenuto, l'elevata resistenza, il ridotto numero di connessioni con l'impalcato, la durabilità, la rapidità costruttiva e l'economia dovuta alla manutenzione durante il ciclo di vita. Lo studio della fatica nelle piastre ortotrope è iniziato circa venti anni fa, da quando sono state diagnosticate le prime rotture per fatica. Da allora sono stati condotti un vasto numero di studi e indagini, ottenendo risultati interessanti. Si è scoperto che la maggior parte delle rotture per fatica si verificano in corrispondenza delle connessioni saldate, ovvero le giunzioni rib-to-deck, rib-to-diaphragm, e rib-to-diaphragm-to-deck (plate) (RDDP). Questa tipologia di connessioni è sensibile alla nascita di fratture per fatica dovute agli accumuli di tensione ed alle tensioni residue nelle connessioni saldate. In questo articolo viene presentato e analizzato un caso studio di rottura a fatica nelle connessioni saldate, dove è più probabile una frattura, attraverso una modellazione numerica di una piastra ortotropa con un software ad elementi finiti (FE). Inoltre viene affrontato il tema del miglioramento delle tecnologie adottate per limitare i problemi di fatica. I risultati di queste analisi possono rappresentare un proficuo contributo per la progettazione a fatica delle piastre ortotrope.ABSTRACT. Orthotropic decks were applied to the long span bridges after World War II due to several advantages, such as light weight, high strength, few deck joints, durability, rapid construction, life-cycle economy. The fatigue problem of orthotropic decks was realized twenty years ago since fatigue failure was found. In the past two decades large amount of studies and investigations were carried out and fruitful achievements were obtained. It was found that most of the fatigue cracks were occurred at the welded connection details, such as rib-to-deck plate, rib-to-diaphragm, and rib-to-diaphragm-to-deck plate (RDDP). These connections are sensitive to fatigue cracking due to high concentrated stress and residual stress at welded connections. In this paper practical fatigue failure cases at the welded connections, ease to occur fatigue cracking, are presented, and analyzed through a numerical modeling of orthotropic deck via FE (finite element) software. Furthermore, the improvement technologies of fatigue are also discussed. The results of the analysis can be contributed to the evaluation of the fatigue design for the orthotropic deck.

Phân tích ứng suất dư trong dầm thép tổ hợp hàn mặt cắt chữ I

“…Các vết nứt đường hàn làm tăng tốc phá hoại mỏi của kết cấu [3,4]. Vì vậy việc nghiên cứu sự phân bố và độ lớn của các ứng suất dư quanh mối hàn, để từ đó đánh giá được chính xác tình trạng kết cấu do hàn gây ra là vấn đề quan trọng và cần được quan tâm cấp thiết [5,6].…”

Renovation techniques for rib to deckplate fatigue cracking in orthotropic bridge decks

“…Possible relief techniques for welded connections of orthotropic decks have been described in detail by Qian and Abruzzese, and are summarized in Figure 4 (Qian and Abruzzese, 2009). Of these, shot peening, fluid bed peening, and ultrasonic impact treatment, have been tested on orthotropic deck applications, and favorable fatigue results have been reported.…”