Issue 9

Z.H. Qian et alii, Frattura ed Integrità Strutturale, 9 (2009) 105 - 112; DOI: 10.3221/IGF-ESIS.09.11 105 Fatigue failure of welded connections at orthotropic bridges Z.H. Qian, D. Abruzzese University of Rome “Tor Vergata”, Department of Civil Engineering, Rome (Italy) R IASSUNTO . Le piastre ortotrope sono state applicate ai ponti di grande luce a partire dal periodo immediatamente successivo alla Seconda Guerra mondiale a causa dei numerosi vantaggi che esse presentano, come il peso contenuto, l'elevata resistenza, il ridotto numero di connessioni con l'impalcato, la durabilità, la rapidità costruttiva e l’economia dovuta alla manutenzione durante il ciclo di vita. Lo studio della fatica nelle piastre ortotrope è iniziato circa venti anni fa, da quando sono state diagnosticate le prime rotture per fatica. Da allora sono stati condotti un vasto numero di studi e indagini, ottenendo risultati interessanti. Si è scoperto che la maggior parte delle rotture per fatica si verificano in corrispondenza delle connessioni saldate, ovvero le giunzioni rib-to-deck, rib-to-diaphragm, e rib-to-diaphragm-to-deck (plate) (RDDP). Questa tipologia di connessioni è sensibile alla nascita di fratture per fatica dovute agli accumuli di tensione ed alle tensioni residue nelle connessioni saldate. In questo articolo viene presentato e analizzato un caso studio di rottura a fatica nelle connessioni saldate, dove è più probabile una frattura, attraverso una modellazione numerica di una piastra ortotropa con un software ad elementi finiti (FE). Inoltre viene affrontato il tema del miglioramento delle tecnologie adottate per limitare i problemi di fatica. I risultati di queste analisi possono rappresentare un proficuo contributo per la progettazione a fatica delle piastre ortotrope. A BSTRACT . Orthotropic decks were applied to the long span bridges after World War II due to several advantages, such as light weight, high strength, few deck joints, durability, rapid construction, life-cycle economy. The fatigue problem of orthotropic decks was realized twenty years ago since fatigue failure was found. In the past two decades large amount of studies and investigations were carried out and fruitful achievements were obtained. It was found that most of the fatigue cracks were occurred at the welded connection details, such as rib-to-deck plate, rib-to-diaphragm, and rib-to-diaphragm-to-deck plate (RDDP). These connections are sensitive to fatigue cracking due to high concentrated stress and residual stress at welded connections. In this paper practical fatigue failure cases at the welded connections, ease to occur fatigue cracking, are presented, and analyzed through a numerical modeling of orthotropic deck via FE (finite element) software. Furthermore, the improvement technologies of fatigue are also discussed. The results of the analysis can be contributed to the evaluation of the fatigue design for the orthotropic deck. K EYWORDS . Fatigue failure; Welded connection; Orthotropic deck; Numerical modeling; Rib-to-deck plate connection. I NTRODUCTION atigue cracking is a common problem in steel structures for a long time due to the existing of welded connections. According to the practical cases, most of fatigue failures occurred at welded components since high residual stress and inherent defects existed [1] . Since from 1960 a number of bridge structures in America and Europe have experienced fatigue cracking which sometimes results brittle fractures, fatigue problem in steel bridges has been started to be investigated for many years and produced fruitful achievements. F