Fatigue load effects on highway bridges of Pakistan using Weigh-In-Motion data

• Autorzy: Arshad Muhammad Adeel , Fahad Muhammad , Khan Akhtar Naeem , Adil Mohammad , Khan Arsalaan

Identyfikatory

DOI

10.7409/rabdim.022.002

Warianty tytułu

PL

Efekty oddziaływań zmęczeniowych na drogowe obiekty inżynierskie w Pakistanie na podstawie danych ze stacji ważenia pojazdów w ruchu

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

Bridges are considered to be the essential structures and represent a vital part of a transportation network. Their safe operation with minimal maintenance closures is paramount for their efficient operation. The continuous increase in volume and weight of truck traffic directly translates into a higher number of accumulated fatigue load cycles. This study utilizes truck traffic data from a Weigh-in-Motion (WIM) station located on Pakistan’s busiest and longest National Highway. An algorithm was developed to simulate vehicle passages over simple analytical bridge models of various span lengths to compute fatigue cycles at critical locations. This was followed by a case study on a reinforced concrete T-beam bridge located under the influence of the selected WIM station to obtain a fatigue stress spectrum for its critical details. This information provides an identification tool for bridges within a stock that are more susceptible to fatigue problems and could form part of a full-bridge management framework.

PL

Drogowe obiekty inżynierskie to elementy infrastruktury o zasadniczym znaczeniu dla bezpieczeństwa transportu, bez których nie sposób wyobrazić sobie funkcjonowania sieci komunikacyjnej. Pierwszorzędne znaczenie ma zapewnienie bezpieczeństwa eksploatacji przy ograniczonych do minimum wyłączeniach z ruchu w celu wykonania prac utrzymaniowych i naprawczych. Nieustannie rosnące natężenie ruchu i obciążenie osi pojazdów ciężarowych przekładają się bezpośrednio na większą sumaryczną liczbę cykli obciążenia zmęczeniowego. W badaniach wykorzystano dane dotyczące ruchu pojazdów ciężarowych, pochodzące ze stacji ważenia pojazdów w ruchu (ang. Weigh-In-Motion), zlokalizowanej na najdłuższej i najbardziej ruchliwej drodze szybkiego ruchu w Pakistanie. W celu obliczenia liczby cykli obciążeniowych w najbardziej wytężonych miejscach opracowano algorytm symulujący przejazdy pojazdów przez obiekty o różnych długościach przęsła, reprezentowane prostymi modelami analitycznymi. Przeanalizowano przypadek obiektu z pomostem z belek żelbetowych typu T, zlokalizowanego w strefie oddziaływania wybranej stacji ważenia pojazdów, w celu uzyskania widma naprężeń w najbardziej wytężonych elementach konstrukcji. Opisana metoda postępowania stanowi narzędzie do identyfikacji obiektów mostowych najbardziej narażonych na uszkodzenia zmęczeniowe w administrowanym obszarze i może być wykorzystana jako element kompleksowego systemu zarządzania obiektami infrastruktury drogowej.

Słowa kluczowe

EN

fatigue behaviour; gross vehicular weights; highway bridges; stress range; weigh in motion

PL

dopuszczalna masa całkowita; obiekty inżynierskie; trwałość zmęczeniowa; ważenie w ruchu; zakres naprężeń

• Wydawca: Instytut Badawczy Dróg i Mostów
• Czasopismo: Roads and Bridges - Drogi i Mosty
• Rocznik: 2022
• Tom: Vol. 21, no. 1
• Strony: 19--37
• Opis fizyczny: Bibliogr. 29 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Arshad Muhammad Adeel

• University of Engineering and Technology, Peshawar, Department of Civil Engineering, Jamrud Road Peshawar 25000, Pakistan

autor

Fahad Muhammad

• University of Engineering and Technology, Department of Civil Engineering, Peshawar, Pakistan

autor

Khan Akhtar Naeem

• University of Engineering and Technology, Department of Civil Engineering, Peshawar, Pakistan

autor

Adil Mohammad

• University of Engineering and Technology, Department of Civil Engineering, Peshawar, Pakistan

autor

Khan Arsalaan

• University of Engineering and Technology, Department of Civil Engineering, Peshawar, Pakistan

Bibliografia

• 1. Donghuang Y., Yuan L., Ming Y., Naiwei L.: Lifetime Fatigue Reliability Evaluation of Short to Medium Span Bridges under Site-specific Stochastic Truck Loading. Advances in Mechanical Engineering, 9, 3, 2017, DOI: 10.1177/1687814017695047
• 2. News Desk. Has Pakistani Government stopped implementing Axel Load Limit Law? Global Village Space, https://www.globalvillagespace.com/has-pakistani-government-stopped-implementing-axel-load-limit-law/
• 3. Schijve J.: Fatigue of Structures and Materials in the 20th Century and the State of the Art. International Journal of Fatigue, 25, 8, 2003, DOI: 10.1016/S0142-1123(03)00051-3
• 4. Arshad M.A.: A Comparative Study of Live Loads for the Design of Highway Bridges in Pakistan. International Journal of Bridge Engineering, 4, 3, 2016, 49-60
• 5. Shahid S., Ahmad I., Arshad M.A.: An Assessment of Vehicular Live Loads for Bridge Design in Pakistan. International Journal of Bridge Engineering, 6, 1, 2018, 9-22
• 6. National Highways Safety Ordinance. Government of Pakistan, 2000, http://pakistancode.gov.pk/pdffiles/administrator79f454ff038827bacaf1758984d449f7.pdf (11.02.2022)
• 7. NTRC Axle Load Survey on National Highway & Motorway Network of Pakistan (NTRC-334). Ministry of Communications, Government of Pakistan, 2020, http://www.ntrc.gov.pk/ntrc_studies/NTRCAXLELOADSURVEYONNATIONALHIGHWAYMOTORWAYNETWORKOFPAKISTAN(NTRC-334)DEC2020.pdf (11.02.2022)
• 8. Khan S.U., Ayub T., Qadir A.: Effect of Overloaded Vehicles on the Performance of Highway Bridge Girder: A Case Study. Procedia Engineering, 77, 2014, 95-105, DOI: 10.1016/j.proeng.2014.07.010
• 9. Shoaib S., Qureshi L.A., Fahad M.: Development of Live Load Calibration Factor for State Highway Bridge Design of Pakistan. International Journal of Advanced Structures and Geotechnical Engineering, 4, 3, 2015, 165-172
• 10. UN.ESCAP: Strengthening the Capacity of ESCAP Member States to Harmonize Standards on Weights, Dimensions and Emmissions of Road Vehicles for Facilitation of Transport along the Asian Highway Network. Study Report, 2019, https://hdl.handle.net/20.500.12870/285
• 11. Maddah N.: Fatigue Life Assessment of Roadway Bridges based on Actual Traffic Loads. PhD thesis, École Polytechnique Fédérale de Lausanne, Switzerland, 2013, DOI: 10.5075/epfl-thesis-5575
• 12. Howard, Needles, Tammen & Bergendoff Int. Inc: Code of Practice Highway Bridges, Government of West Pakistan Highway Department, Lahore, 1967
• 13. AASHTO LRFD Bridge Design Specifications. 7th edition, American Association of State Highway and Transportation Officials, Washington, 2014
• 14. Brühwiler E.: Rational Approach for the Management of a Medium Size Bridge Stock. IABMAS’08: 4th International Conference on Bridge Maintenance, Safety and Management, Seoul, 2008
• 15. Treacy M., Brühwiler E.: Fatigue Loading Estimation for Road Bridges Using Long Term Wim Monitoring. In: Advances in Safety, Reliability and Risk Management, Taylor & Francis Group, London, 2012
• 16. Ye X.W., Su Y.H., Han J.P.: A State-of-the-Art Review on Fatigue Life Assessment of Steel Bridges. Mathematical Problems in Engineering, 2014, 956473, DOI: 10.1155/2014/956473
• 17. Yu Y., Cai C., Deng L.: State-of-the-Art Review on Bridge Weigh-in-Motion Technology. Advances in Structural Engineering, 19, 9, 2016, 1514-1530, DOI: 10.1177/1369433216655922
• 18. Maljaars J.: Evaluation of Traffic Load Models for Fatigue Verification of European Road Bridges. Engineering Structures, 225, 2020, 111326, DOI: 10.1016/j.engstruct.2020.111326
• 19. Carneiro A.L., Portela E., Bittencourt T.N.: Development of Brazilian Highway Live Load Model for Unlimited Fatigue Life. Revista IBRACON de Estruturas e Materiais, 13, 4, 2020, DOI: 10.1590/s1983-41952020000400007
• 20. Laman J.A., Nowak A.S.: Fatigue Load Models for Girder Bridges. Journal of Structural Engineering, 122, 7, 1996, 726-733, DOI: 10.1061/(ASCE)0733-9445(1996)122:7(726)
• 21. Wang C., Zhai M., Zhang P., Duan L., Chen X.: Fatigue safety monitoring and assessment of short and medium span concrete girder bridges. International Conference on Performance-based and Life-cycle Structural Engineering, Brisbane, 2015, DOI: 10.14264/uql.2016.928
• 22. Jacob B., Labry D.: Evaluation of the Effects of Heavy Vehicles on Bridges Fatigue. 7th International Symposium on Heavy Vehicle Weights & Dimensions, Delft, 2002
• 23. Zhuang H., Zhang J., Jiang R.: Fatigue Flexural Performance of Short-Span Reinforced Concrete T-Beams Considering Overloading Effect. Baltic Journal of Road & Bridge Engineering, 15, 2, 2020, 89-110, DOI: 10.7250/bjrbe.2020-15.474
• 24. Yan D., Luo Y., Yuan M., Lu N.: Lifetime fatigue reliability evaluation of short to medium span bridges under site-specific stochastic truck loading. Advances in Mechanical Engineering, 9, 3, 2017, DOI:10.1177/1687814017695047
• 25. Wang T.L., Liu C., Huang D., Shahawy M.: Truck Loading and Fatigue Damage Analysis for Girder Bridges based on Weigh-in-Motion Data. Journal of Bridge Engineering, 10, 1, 2005, 12-20, DOI: 10.1061/(ASCE)1084-0702(2005)10:1(12)
• 26. Moses F., Schilling C.G., Raju K.S.: Commentary on New Fatigue Design and Evaluation Procedures. NCHRP Project 12-28(3), 1987
• 27. Downing D., Socie D.F.: Simple Rainflow Counting Algorithms. International Journal of Fatigue, 4, 1, 1982, 31-40, DOI: 10.1016/0142-1123(82)90018-4
• 28. ACI Committee 215: Considerations for Design of Concrete Structures Subjected to Fatigue Loading (ACI 215R-92), American Concrete Institute, Detroit, 1992
• 29. Miner M.A.: Cumulative Damage in Fatigue. Journal of Applied Mechanics, 12, 3, 1945, 159-164, DOI: 10.1115/1.4009458

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).