Development of effective width equations of RC slabs and RC box culvert bridges for military load rating

Abstract

This study aims to develop a rapid evaluation method for slab and box culvert bridges subjected to military vehicles; by adopting some of the metrics that already exist in the literature provided by the American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO). For this purpose, it was necessary to formulate effective width equations for 32 types of military vehicles contained in the US Army Corps of Engineers (USACE) inventory for slab and box culvert bridges. As final result, a computer software was developed, coded in Visual Basic (VBA), in which implements the database and the equations developed in this study for military vehicles to evaluate slab and box culvert bridges using the Load Rating process. The considered parameters to determine the effective widths in this study are the following: i) type of live load, ii) live load transverse position, iii) structure stiffness, and iv) geometric bridge configuration (width, span-length and height). The effects of the type of live load and structure stiffness were studied and compared with previous studies. The analytical results corroborate that effective widths are function of the live load magnitude and location of truck wheel loads and are inversely proportional to the structure stiffness. The characteristic effective width equations were defined by linear and quadratic functions for all vehicles on both types of simply supported bridges (slabs and box culverts). Effective width equations developed using single span superstructures were validated for continuous bridges. The results showed that the equations developed in single span structure were accurate in the order of 90% of continuous span superstructures. The program provides calculations for the Load Rating (Allowable Stress Rating, Load Factor Rating and Load and Resistance Factor Rating) of slab and box culvert bridges with single and multiple spans subjected to military vehicles.

El enfoque de este estudio es desarrollar un método de rápida evaluación para puentes de losa y puentes de caja sometidos a cargas de vehículos militares; adoptando alguna de las métricas que ya existen en la literatura que provee la American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO). Para este propósito, es necesario formular ecuaciones de anchos efectivos para 32 tipos de vehículos militares con los que cuenta el US Army Corps of Engineers (USACE) en puentes de losa y cajas. Como resultado final, se desarrolló un programa, codificado en la plataforma de Visual Basic (VBA), el cual implementa la base de datos y las ecuaciones desarrolladas en esta investigación para evaluar los puentes de losa y caja, utilizando el proceso de Load Rating. Los parámetros considerados en este estudio para determinar el ancho efectivo fueron los siguientes: i) tipo de carga viva, ii) posición de la carga viva en la dirección transversal, iii) rigidez de la estructura y iv) configuración geométrica del puente (ancho, largo de tramo y altura). Los efectos del tipo de carga viva y la rigidez de la estructura fueron estudiados y comparados con estudios previos. Los resultados analíticos corroboran que los anchos efectivos son función de la magnitud de la carga y la localización de los ejes del vehículo, e inversamente proporcional a la rigidez de la estructura. Las características de las ecuaciones para los anchos efectivos fueron definidas por funciones lineales y cuadráticas para todo los vehículos en puentes simplemente soportados. Los anchos efectivos se desarrollaron utilizando súper estructuras de un solo tramo y fueron validadas para súper estructuras de tramos continuos. Los resultados mostraron que las ecuaciones desarrolladas en puentes de un solo tramo eran confiables en el orden de 90% para tramos continuos. El programa provee cálculos de Clasificación de Carga (Clasificación de Esfuerzos Permisibles, Clasificación de Factor de Carga y Clasificación de Factor de Resistencia de Carga) para puentes de losas y cajas con tramos simples y continuos sometidos a cargas militares.