Calibration of partial safety factors for heavy special transports on railway bridges

Vid kontroll av broars bärförmåga används ett säkerhetsformat baserat på partialkoefficienter enligt de gällande föreskrifterna. Tillsammans med lastmodeller för fordon ska partialkoefficienterna täcka osäkerheter i verkliga laster och trafiksituationer. För tunga specialtransporter på järnväg måste en ansökan göras om transporttillstånd där fordonets laster och geometri beskrivs. Då egenskaperna för passagen är kända är osäkerheterna mindre än vid konventionell trafik vilket bör kunna utnyttjas vid bärighetsberäkningar. Ansatsen för studien var att detta kan föranleda en sänkning av partialkoefficienten för tunga specialtransporter. Sannolikhetsbaserade analyser har utförts för olika brotyper: betong-, samverkans- och stålbroar, samt för ett urval av tunga specialfordon. Statistiska modeller för ingångsvariablerna har hämtats från litteraturen och har i vissa fall baserats på nya utvärderingar av data från mätningar. Det senare gäller t.ex. axellaster för invägda malmvagnar. Resultatet av analyserna är säkerhetsindex som jämförts mot målvärden i de grundläggande föreskrifterna och standarderna. Analyserna begränsades till broarnas huvudbärverk. Resultatet visar att säkerhetsindex varierar mellan brotyp och brottmod men med värden över β = 4. Undantaget är betongbroar under tvärkraft som kontrolleras enligt eurokodens modell där värden mellan 3,4 och 3,9 erhölls. Kontroll av tvärkraft enligt den daterade BBK 04 ger högre säkerhetsindex över 4. Med målvärdet βT = 3,7 kan partialkoefficienten ψγ sättas till 1,3 för tunga specialfordon. Det förutsätter dock att eurokodens modell för skjuvarmerade tvärsnitt inte är avgörande, alternativt att kontrollen med hänsyn till tvärkraft görs enligt BBK 04. För ett målvärde βT = 4,4 eller högre finns det inte någon marginal för att sänka partialkoefficienten från dagens värde av 1,5. Författarens rekommendation är att målvärdet βT = 3,7 ska accepteras för specialtransporter – då det gäller befintliga broar som redan trafikeras och då säkerhetshöjande åtgärder är kostsamma. Det medför en möjlig sänkning av partialkoefficienten till ψγ = 1,3. In the assessment of bridges' load bearing resistance, the governing standards stipulate a safety format based on partial safety factors. Together with load models for vehicles they should cover uncertainties in real loads and traffic situations. For the allowance of heavy special transports on railway, an application has to be made for transport admission where the axle loads and geometry of the vehicle are described. Reduced uncertainties are expected for passages with known properties in comparison to the conventional traffic which should be possible to use for resistance assessments. The hypothesis of the study was that this reduced uncertainty should allow a reduction of the partial coefficient for heavy special transports. Reliability-based analyses have been performed for different bridge types as: concrete, composite, and steel bridges, subjected to a sample of heavy special transports. Statistical models for input data have been collected from the literature and are, in some cases, based on new evaluations of measured data. The latter applies for example to axle loads for weighted ore wagons. The results of the analyses are safety indices and comparisons to the target values stated in guidelines and the governing regulations. The analyses were limited to the main load bearing structures of bridges. The results show varying safety indices between different bridge types and failure modes but with values above β = 4. The exception is concrete bridges subjected to shear force verified with the Eurocode model where values in the range 3.4 to 3.9 were attained. Verification according to the dated Swedish publication BBK 04 show higher values above 4. With a target value of βT = 3.7, the combined partial safety factor ψγ for special transports could be assigned a value of 1.3. This is on the condition, however, that the resistance of concrete bridges is not governed by the Eurocode model for shear failure. For a target value of βT = 4.4 or higher, there is no margin for a reduction of the partial safety factor from the governing value of 1.5. The author's recommendation is to accept a target reliability of βT = 3.7 for special transports – when considering existing structures already in service where measures to increase the safety are costly. This allows a decrease of the partial safety to ψγ = 1.3. QC 20220307