Fatigue vulnerability assessment of a steel arch bridge using the probabilistic weibull model and considering its remaining service life under localized corrosion effects

• Nuñez-Moreno, Federico A ^[1] ; Lozano Acosta, Luisa Fernanda ^[1] ; Silva Fajardo, Maria Camila ^[1] ; Muñoz Diaz, Edgar Eduardo ^[1] ; Campo Neira, Indira ^[1]
  1. [1] Pontífica Universidad Javeriana

     Pontífica Universidad Javeriana

     Colombia

     
• Localización: Revista ingeniería de construcción, ISSN-e 0718-5073, Vol. 39, Nº. 1, 2024, págs. 32-50
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Evaluación de vulnerabilidad a fatiga de un puente de arco en acero, usando el modelo de probabilidad de weibull, considerando la vida remanente en servicio bajo efectos locales de corrosión
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• Resumen
  • español

    El presente estudio busca obtener la vulnerabilidad aproximada a fatiga de un Puente de acero en arco que pertenece a la red de vías nacionales de Colombia. Se establece la interacción entre la demanda y la capacidad disponible de resistencia através de la ecuación de probabilidad de Weibull y la ecuación indicada en ela norma AASHTO para vida remanente en fatiga (FHWA, 2015). Sin embargo, la capacidad disponible con base en las curvas S-N de capacidad disponible, se modificaron para poder tener en cuenta los efectos de corrosión presentes en elementos y/o conexiones del puente. La carga se modeló mediante el camion de fatiga especificado en la AASHTO, el cual fue localizado de manera sistemática sobre los nudos de un modelo hecho en elementos finitos tipo Shell and Frame. Este modelo se construyó basado en planos disponibles y de algunas actividades de levantamiento estructural en campo. El modelo estructural fue calibrado mediante un proceso paramétrico en el modulo de elasticidad del acero, el cual minimizó el error entre las deflexiones verticals modealdas y las determinadas mediante una prueba de carga sobre el puente real. Las deflexiones reales fueron reportadas mediane el uso de distanciómetros localizados en puntos seleccionados del puente. El modelo calibrado sirvió para estimar la magbitud de los randos de esfuerzo en los elementos modelados del Puente, especialmente en la zona de estudio, donde se determinó la presencia de corrosión. Los resultados presentan una relación inversa entre la probabilidad de falla por fatiga, y la vida remanente estimada por efectos de fatiga. Se pudo determinar con claridad el efecto de la corrosión en la capacidad del puente y la probabilidad de falla asociada.

  • English

    This study attempts to obtain the approximate fatigue vulnerability of a steel arch bridge from the Colombian national road network. It establishes the interaction between the demand and the available capacity through the Weibull probability equation, and an AASHTO remaining-time equation indicated in (FHWA, 2015). However, the available capacity in terms of the S-N curve obtained from available international references was modified to account for the effects of corrosion present in elements and/or joints in the bridge. The load demand was modeled as the controlled action of the fatigue truck reported in AASHTO, which was systematically located on a structural model represented by Shell and Frame type finite elements, which represented the information available in drawings (in the current Colombian bridge management system), and the one obtained from structural survey activities. The structural model was further calibrated by a parametric study on the modulus of elasticity of steel, which included the minimization of the error difference in the vertical deflections of a bridge load test, keeping the magnitude within the expected ranges established in a protocol. Such reports of actual deflections were achieved using distance meters at important points of the bridge. This model allowed for estimating the magnitude of stresses in the structural elements of the bridge, especially in an area of interest for the study where chemical and physical elements of structural deficiency were determined. The results show an inverse relationship between the probability of failure and remaining service life. The effect of corrosion on the remaining capacity and the probability of failure of the structural elements is clear.