The influence of higher modes vibrations on local cracks in node of lattice girders bridges

Several previous investigations on failure of a certain type lattice girders railway bridge (on so called BJD line) have not convincingly explained reasons nor have they described potential hazards. This paper attempts to provide an answer, employing static, dynamic, and fatigue analysis of the structure, focusing on previously not analyzed vibrations of elements constituting a lattice node. Detailed models of two types of such nodes – damaged and non-damaged were compared, inside carefully defined limits of applicability.

W kolejowym moście kratowym zdarzyły się trudne do wytłumaczenia awarie. Mimo licznych wcześniejszych ekspertyz i badań naukowych nie udało się w sposób jednoznaczny ustalić przyczyn tych awarii. Ustrój nośny, który uległ awarii, jest częścią wiekszego obiektu mostowego złożonego z sześciu niezależnych, swobodnie podpartych stalowych przeseł. Cztery z nich to przesła blachownicowe, a dwa pozostałe to bliźniacze przęsła kratowe. W blachownicowych przęsłach nie stwierdzono żadnych uszkodzeń. Natomiast w jednym z przęseł kratowych zauważono pęknięcia w dolnym pasie kratownicy. Pojawiły się one w wezłach położonych w okolicy przerwy w betonowym korycie pomostu. W drugim, bliźniaczym przęśle kratowym, położonym w tym samym torze, nie stwierdzono żadnych uszkodzeń pomimo wielokrotnych i dokładnych oględzin. Wykorzystano te szczególne okoliczności sprzyjające przeprowadzeniu badań porównawczych. W celu wyjaśnienia przyczyn pękania zbudowano szczegółowe modele obliczeniowe węzłów kratowego ustroju nośnego mostu kolejowego. Przedmiotem analiz były dwa węzły kratownic. Pierwszy to ten węzeł kratownicy, który uległ awarii, a drugi to jego odpowiednik w nieuszkodzonej kratownicy. W wyniku przeprowadzonych analiz obliczeniowych wykazano, że przyczyną uszkodzeń są lokalne wpływy statyczne i dynamiczne działające na tle rzeczywistego poziomu naprężeń. Współczesne metody numerycznej analizy mostów pozwalają na uzyskanie bardzo dokładnych wyników. Nie jest to jednak cała prawda, gdyż wyniki te są zależne od dokładności danych wprowadzonych do modelu obliczeniowego. Z tych względów należy otrzymane teoretycznie wyniki zweryfikować w badaniach terenowych. Badania terenowe dają dobrą podstawę do przeprowadzenia analizy jakościowej teoretycznych modeli obliczeniowych. Umożliwiają one weryfikację otrzymanych wyników z tych analiz. Przeprowadzona analiza obliczeniowa, potwierdzona badaniami terenowymi, pozwoliła jednoznacznie wyjaśnić przyczyny awarii. Zdołano obliczeniowo wykazać, dlaczego doszło do awarii w jednym przęśle kratowym, a w drugim, bliźniaczym, identycznie obciążonym przęśle kratowym takie uszkodzenia nie powstały.