Terässiltojen käyttöikä

Väsyminen on noussut maassamme terässiltojen liitoksia mitoittavaksi tekijäksi viime vuosikymmeninä kasvaneiden raskaan liikenteen painojen ja määrien takia. Vanhojen terässiltojen osalta on materiaalin väsyminen johtanut mm. hitsiliitosten säröilyyn ja rakenteiden vaurioitumisiin. Tässä tutkimuksessa on tarkasteltu terässiltojen väsymistä ja käyttöiän laskentamenetelmiä. Julkaisu jakautuu kahteen osaan. Osassa I "Väsymisen analysointi" on käsitelty lähinnä erilaisia väsymislaskentamenetelmiä ja laskettu eri menetelmillä mittaustuloksista käyttöiän arvoja. Osassa II "Kenttämittaukset" on esitelty tehtyjä siltojen mittauksia. Teoriatietoa terässiltojen väsymisestä, väsymislujuuteen vaikuttavista tekijöistä ja väsymisen analysointimenetelmistä on kerätty sekä kotimaisista että ulkomaisista kirjallisuuslähteistä ja laskentaohjeista. Laskentatietoa on sovellettu suomalaisiin olosuhteisiin kuuden tiesillan ja kolmen rautatiesillan kenttämittausten avulla. Erilaisten siltarakenteiden jännitysvaihteluiden kertymämittauksista on saatu melko kattava kuva suomalaisten terässiltojen väsyttävästä kuormituksesta. Mittaustuloksista on laskettu siltojen käyttöiän arvoja lähinnä suomalaisen standardin SFS2378 ja eurooppalaisen esistandardin SFS-ENV 1993-1-1:1992 mukaisin menetelmin. Laskelmilla on saatu kuva suomalaisten siltojen varmuudesta väsymiselle. Vanhoissa, 1950 ja -60 luvuilla suunnitelluissa terässilloissa on useita pääkannattimien detaljeja, joissa varmuus väsymismurtuman suhteen on selvästi alle ohjeissa annetun tason (gm = 1,6). Vilkasliikenteisimmillä teillä havaittiin varmuuden jäävän alle tämän tason myös joillain uudemmilla silloilla. Lopuksi on kehitetty eritasoisia käyttöiän laskentamenetelmiä, jotka perustuvat joko määriteltyyn väsytysajoneuvoon ja väsytysajoneuvojen määrään tai sillalle tehtäviin mittauksiin. Menetelmillä voidaan ottaa huomioon myös sillan väsyttävän kuormituksen muuttuminen sillan elinaikana. Menetelmät vaativat lisäkehitystä varsinkin siltojen mitoitukseen sovellettuna. Kehitystyötä tulisi tehdä väsytysajoneuvon määrittelemiseksi sekä tieosuuksien erilaisten liikennemäärien ottamiseksi huomioon erilaisina väsytysajoneuvojen määrinä. Tutkimuksen yhteydessä on kehitetty myös terässiltojen detaljien FEM-laskentaan perustuvaa väsymisanalyysiä. Vaurioituneiden siltojen osalta on tarkasteltu särön kasvun seurantaa ja tarkastusvälien määrittämistä. Uusien siltojen osalta on selvitetty mm. lujien terästen käytön vaikutusta sillan väsymiseen.