Tese de Doutoramento - Área do Conhecimento em EstruturasThis study presents a complete methodology for the load capacity assessment of existing
damaged railway slab spans made of reinforced concrete.
The databases of the Polish (PKP) and Portuguese (REFER) railway infrastructure
administrations are analysed. Furthermore, a study on the reports of international scientific
projects i.e. “Sustainable Bridges” and “SAMCO” have lead to a conclusion that from among
existing railway bridge stock, simply supported spans are the most common form of
construction. Moreover, the spans carrying single tracks dominate in this group. The
statistical information based on these sources has been presented in this study.
Based on the Author’s observations, consultations with bridge inspectors as well as the
literature study, a uniform and multi-level classification system of bridge defects has been
presented. This system reflects all the defects that may occur during a bridges service life.
Their influence on the load capacity is emphasized. To evaluate the load capacity of damaged
structure information on defect parameters is essential. For this reason the Author presented a
survey of testing methods to be applied in bridge condition appraisal. To explain the nature of
defects in terms of their causes, the taxonomy of degradation mechanisms, leading to these
defects, is presented as well.
The defects considered in this study have also been presented in terms of their modelling
using of various geometry models. The conception of a numerical defect modelling by means of three parameters (i.e. intensity, location and extent) is included. Conclusions following
from the statistical survey on the railway bridge stock have induced the Author to analyse the
possibility of application of a simplified geometry model of a span – simply supported beam.
In order to compare results of the load capacity assessment several numerical analyses have
been performed. The range of application of the simplified span model has been established
by means of a 5% threshold of difference between results obtained by the considered models.
To perform effective analyses of the load capacity of an existing span, the Author created and
presented his own program called “Damage Assessment Graphic Analyser” (DAGA). By
means of a built-in graphic editor this program allows visualizations in a three dimensional
space of a span with defects in the concrete and reinforcing steel, i.e. losses of material and
material parameters modifications. This tool automatically performs the static-strength
analysis and results, presented as envelopes of cross-section load capacity (for designed as
well as current condition – with defects) and bending moments for various load classes.
Using the DAGA program a set of parametric analyses (static-strength) has been carried out.
Their results have been collected in a knowledge base to be implemented in an expert tool,
called ANAlisys of CONcrete DAmages (ANACONDA) based on the hybrid network
technology with analytical and neural components incorporated, designed by the Author.
At the end of this Thesis the conclusions and directions of further investigation can be found.A presente tese apresenta uma metodologia avançada para a análise / avaliação da capacidade
resistente de pontes ferroviárias com tabuleiro em laje de betão.
A análise das bases de dados das administrações ferroviárias polaca (PKP) e portuguesa
(REFER), para além do estudo de relatórios recentes de projectos científicos internacionais,
tais como exemplo os projectos " Sustainable Bridges" e "SAMCO", permitiram concluir que
das pontes ferroviárias existentes a maioria corresponde a soluções simplesmente apoiadas.
Entre estas as pontes com via única são claramente o tipo dominante. Neste estudo é
apresentada toda a informação estatística dos dados coligidos nessas fontes.
Tendo por base as observações do autor, as consultas aos inspectores de pontes, assim como o
estudo exaustivo da literatura existente, foi apresentado um sistema de classificação uniforme
e multi-nível das anomalias mais comuns em pontes. Este sistema reproduz as anomalias que
ocorrem durante o período de vida útil de uma ponte. A influência destas anomalias na
capacidade resistente é devidamente abordada. A resposta a este problema tem sido objecto de
grande atenção pela comunidade técnica e científica, devido aos desenvolvimentos ocorridos
nos métodos experimentais de apoio às inspecções e ao aprofundamento do conhecimento da
classificação dos mecanismos de degradação.
As anomalias acima mencionadas foram apresentadas, em termos da sua modelação, através
de vários modelos geométricos. Para o efeito a modelação numérica de qualquer anomalia é efectuada tendo por base três parâmetros – intensidade, localização e extensão. As conclusões
retiradas da análise estatística das pontes ferroviárias existentes induziram o autor a
desenvolver um sistema de análise da possibilidade de aplicação de um modelo geométrico,
simplificado, para a modelação do efeito das anomalias neste tipo de pontes. O campo de
aplicação do modelo simplificado foi estabelecido como válido para as situações
correspondentes a 5% de diferença entre os resultados obtidos pelos modelos em questão.
Para efectuar as análises da capacidade resistente das pontes em questão, o autor desenvolveu
um programa de cálculo automático designado "DAGA – Damage Assessment Graphic
Analyser" (DAGA). Através da inserção de um editor gráfico o programa permite a
visualização 3D das anomalias existentes no betão e armaduras (perda de materiais e
modificação das propriedades dos materiais). Esta ferramenta permite a análise e visualização
das envolventes da capacidade resistente para diversos casos de carga e para diversos cenários
de anomalias.
Mediante a utilização programa DAGA foram efectuados estudos paramétricos
(comportamento estático) e os seus resultados foram coligidos numa base de dados a ser
posteriormente usada modelos de inteligência artificial. Para o efeito desenvolveu, ainda, um
programa de cálculo designado por "ANACONDA – ANAlisys of CON crete DAmages"
baseada na tecnologia de redes híbridas com componentes analíticas e neuronais
incorporadas.
Finalmente, são apresentadas as principais conclusões e a recomendação de futuras linhas de
investigação neste campo
