Fatigue assessment of bridge structures according to Eurocodes

Fatigue is one of the main causes of damage in many structures. The process of fatigue damage is rather complicated and the design of structures with reference to fatigue requires a good knowledge in several fields including structural analysis, material mechanics and modeling of loads and load effects on structures. Therefore standards and recommendations related to fatigue design and analysis are often needed to assist the structural engineer in his design work. This applies both to the design of new bridges and the analysis of the remaining service life of existing bridges. General rules for determining all effects on bridges are specified in EN 1990 and Appendix A2. Verification if there is no structural damage due to fatigue should be performed in accordance with the scheme of EN, include the scope of the Ultimate Limit Stage (ULS) verifications. For the reason, that fatigue failure does not occur as a result of the load of a fixed maximum value but as a result of repetition of imposing load on an average level of internal forces, the effect of fatigue depends strongly on the properties of construction materials – steel and concrete. Thus, the effect, in the form of fatigue may be quite different in the case of steel bridges, concrete bridges or even a composite steel-concrete bridges. Therefore, the rules for determining the fatigue load are not specified in the overall standard, but are moved to detailed design standards: EN 1992 to EN 1999. Because of the high complexity of the fatigue verification, in the work the general fatigue calculation rules are presented.

Zmęczenie jest jedną z głównych przyczyn uszkodzenia wielu konstrukcji. W związku z tym, procedura oceny trwałości zmęczeniowej jest jedną z najistotniejszych, w kompleksowej ocenie nośności i trwałości obiektu. Dotyczy to zarówno projektowania nowych mostów, jak i analizy pozostałego okresu eksploatacji istniejących mostów. Niezawodna ocena trwałości zmęczeniowej jest przede wszystkim decydująca przy szacowaniu pozostałej (resztkowej) przydatności eksploatacyjnej. Ogólne zasady ustalania oddziaływań działających na mosty określa norma EN 1990 wraz z Załącznikiem Al. Sprawdzenie, czy nie dojdzie do zniszczenia konstrukcji na skutek zmęczenia zgodnie z systemem norm EN, zaliczamy do zakresu stanów granicznych nośności (ULS). Z tego powodu, awarie zmęczeniowe nie występują w wyniku obciążenia o stałej wartości maksymalnej, ale w wyniku powtórzenia obciążenia na średnim poziomie sił wewnętrz206 K. Śledziewski nych. Wpływ zmęczenia zależy w dużym stopniu od właściwości użytych materiałów konstrukcyjnych – stali i betonu. Końcowy efekt zmęczenia materiału (konstrukcji), może być zupełnie inny w przypadku mostów stalowych, mostów betonowych bądź mostów zespolonych typu stal-beton. Stąd też zasady określania obciążenia zmęczeniowego nie są określone w ogólnej normie, ale są przenoszone na szczegółowe normy projektowania od EN 1992 do EN 1999. W niniejszej pracy przedstawiono ogólne reguły oceny trwałości zmęczeniowej mostów. Ponadto dokładnie omówiono obliczanie nośności zmęczeniowej zarówno metodą kumulacji uszkodzeń jak również metodą ekwiwalentnych naprężeń a także podano tok postępowania przy ocenie zmęczenia pomostów metalowych.