Design of steel piles for integral abutment bridges

In 1999 research was started at Luleå University of Technology with the purpose to collect experiences from USA and UK on bridges with integral abutments and transfer the experience to Swedish conditions. Since then at least 20 integral bridges with one row of piles under each abutment have been built in Sweden and the European research project INTAB has been completed. Most of the bridges are short and it seems to be difficult to design integral bridges that are longer than 40 m. The reason for this being that piles in integral abutment bridges can experience severe strain during service due to soil restraint and annual fluctuations in bridge temperature, which displace and rotate the end of the pile that is clamped to the superstructure. Most design codes do not allow strains exceeding the yield point at the serviceability limit state (e.g. EN 1993-2). This will limit the possibility to build longer integral abutment bridges founded on steel piles. Since bridges are designed to be used 100 years or more, the strains caused by the annual temperature variations can be considered as a low cycle fatigue problem.The aim of this thesis is to improve the method to design steel piles in integral abutment bridges. This means that the designer with less effort should be able to make a safer or equally safe design as before by using the methods described in this thesis. The thesis describes how the analysis of piles of integral abutment bridges can be done. In order to study how steel piles in integral abutments are used and how they behave an international workshop was arranged in Stockholm (Collin et. al. 2006), a literature study was conducted, a bridge was designed, built and monitored and laboratory tests were made. With the results from the research activities as base a design method is suggested.
Under 1999 startades ett forskningsprojekt vid Luleå tekniska universitet med syfte att samla in erfarenheter, vad gäller broar med integrerade landfästen, från USA och Storbritannien och överföra dessa till svenska förhållanden. Sedan dess har minst 20 broar med integrerade landfästen (med en rad av pålar under varje landfäste) byggts i Sverige och det europeiska forskningsprojektet INTAB har slutförts. De flesta av broarna är korta och det verkar vara svårt att utforma broar med integrerade landfästen som är längre än 40 meter. Anledningen till detta är att pålar i broar med integrerade landfästen kan utsättas för höga töjningar under drift på grund av omgivande jords styvhet och temperaturvariationer, vilket förskjuter och roterar påltoppen som är fastspänd i överbyggnaden. De flesta normer tillåter inte att töjningar i stål överskrider sträckgränsen i bruksgränstillstånd (t.ex. EN 1993-2). Detta begränsar möjligheten att bygga längre broar med integrerade landfästen på stålpålar. Syftet med denna avhandling är att förbättra metoden för att dimensionera stålpålar i broar med integrerade landfästen. Det innebär att konstruktören med mindre ansträngning ska kunna göra en säkrare eller lika säker konstruktion som tidigare med hjälp av de metoder som beskrivs i denna avhandling. Avhandlingen beskriver hur analysen av pålar i broar med integrerade landfästen kan göras. För att studera hur stålpålar i integrerade landfästen fungerar gjordes en litteraturstudie, långtids- och korttids-mätningar på en bro med integrerade landfästen och laboratorietester har utförts. Med resultaten från forskningen som utgångspunkt föreslås en dimensioneringsmetod.
Godkänd; 2015; 20150831 (hanpet); Nedanstående person kommer att disputera för avläggande av teknologie doktorsexamen. Namn: Hans Petursson Ämne: Stålbyggnad/Steel Structures Avhandling: Design of Steel Piles for Integral Abutment Bridges Opponent: Professor emeritus Ian May, Heriot Watt University, Edinburgh, Scotland, UK Ordförande: Professor Peter Collin, Avd för byggkonstruktion och -produktion, Institutionen för samhällsbyggnad och naturresurser, Luleå tekniska universitet, Luleå Tid: Fredag 30 oktober 2015, kl 09.00 Plats: F1031, Luleå tekniska universitet