Load effect and fatigue damage of bridges under combined actions of traffic and wind: a case study

Lasteinwirkung und Ermüdungsschäden an Brücken unter kombinierter Belastung von Verkehr und Wind: Eine Fallstudie.

Bei Untersuchungen zu Lasteinwirkungen bei Brücken mit großer Windangriffsfläche müssen neben den Verkehrseinwirkungen auch die Windeinwirkungen berücksichtigt werden. Der vorliegende Beitrag erörtert anhand eines Stahlstabes der Anyang Bridge beispielhaft ein Verfahren zur Berechnung der tatsächlichen Lasteinwirkung und Ermüdungsschäden infolge kombinierter Einwirkung von Verkehr und Wind. Zunächst wurde anhand von Messdaten zu Verkehrslast und Windfeld die zeitliche Entwicklung der Schnittkraft des Stabes simuliert. Anschließend wurden anhand der verbesserten Methode auf Basis des Last-Kollektivs (Klassengrenzen-Überschreitungen) die Extremwerte der inneren Kräfte des Stabes extrapoliert. Die Belastungsspektren dreier ermüdungsanfälliger Details des Stabes wurden anhand des Rainflow-Verfahrens ermittelt. Abschließend wurde der Stab im Grenzzustand der Tragfähigkeit bzw. im Grenzzustand der Ermüdungsfestigkeit geprüft. Es wurde festgestellt, dass die charakteristischen Werte der Schnittkraft des Stabes unter kombinierter Einwirkung von Verkehrs- und Windlast von 5 849/-4 063 kN (bei ausschließlicher Betrachtung der Verkehrslast) auf 6 350/-5 466 kN anstiegen. Der maximale Schadensgrad ermüdungsanfälliger Details stieg von 0,61 (bei ausschließlicher Betrachtung der Verkehrslast) auf 0,63. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Windlast erheblich zum Anstieg der charakteristischen Werte der Schnittkraft des Stabes beiträgt und einen kleinen Anteil am Anstieg der Ermüdungsschäden hat. Dennoch erlauben die hohen Belastungsamplituden infolge der Windlast keine Auslegung für unbegrenzte Lebensdauer. Die tatsächliche Belastung ist deutlich höher als nach der Bemessungsnorm zulässig. Windeinwirkungen sind daher in vollem Umfang zu berücksichtigen.