Dynamic Loading Effects of Tracked and Wheeled Military Vehicles on a Modular Truss Bridge

Abstract

In the context of bridge assessment, application of inaccurate factors accounting for the dynamic loading effects of vehicles can have significant impact on the predicted structural capacity of a bridge. Currently there is no guidance in bridge design codes to assist engineers in differentiating between the dynamic loading effects of tracked and wheeled vehicles; present codes solely consider wheeled vehicle traffic, and therefore offer guidance on dynamic impact factors for this one vehicle type. Internationally, factors that account for dynamic loading are referred to as Dynamic Load Allowance (DLA), Dynamic Amplification Factor (DAF), Dynamic Load Factor (DLF), dynamic impact factor (IM), or impact fraction (I).

In the North Atlantic Treaty Organization (NATO) Military Load Classification (MLC) system, load effects and structural capacities are compared to determine the feasibility of vehicles crossing bridges, rafts, and ferries. While the MLC system differentiates between tracked and wheeled vehicle effects, it does not make recommendations for the application of separate dynamic load factor values. Canadian Armed Forces (CAF) and United States Army bridge assessment manual recommendations indicate that a single load factor should be applied in all loading cases, which imposes strategic mobility restrictions on tracked vehicles, specifically main battle tanks.

Experimental testing was conducted on a fully instrumented modular pony truss bridge to compare dynamic loading effects of two tracked military vehicles and two wheeled military vehicles. Vehicle speed and deck condition were controlled to determine the relationship between dynamic bridge response and speed over smooth and rough surfaces. Using data gathered from eighty-six test iterations, appropriate DLA values were calculated for each vehicle, as well as each vehicle category. A comparison of international bridge code factors was completed to assess the validity of calculated values.

Analysis showed dynamic loading effects due to tracked vehicles were approximately half of those generated by wheeled traffic. Variation of surface condition showed that both vehicle types caused increased dynamic effects in the bridge under degraded deck conditions or obstacle emplacement. The dynamic loading effects of tracked vehicles associated with the rough deck conditions were significantly lower than those observed for wheeled vehicles. Recommendations were made regarding appropriate DLA values for use in the MLC system, as well as respective Canadian and American national bridge codes.

L’évaluation de la capacité structurale d’un pont implique l’utilisation de coefficients de pondération de charges et de coefficient de tenues. Ces coefficients peuvent avoir un impact significatif sur l’évaluation particulièrement lorsqu’ils sont surestimés ou encore inexacts. Actuellement, il n’y a pas de distinction dans les normes sur le calcul des ponts routiers entre l’effet dynamique causé par un véhicule à chenilles versus un véhicule à roues. Les normes, dont la norme canadienne CSA-S6, sont basées uniquement sur les camions ou véhicules à roues. Ainsi les coefficients de majorations dynamiques fournies par ces normes sont applicables uniquement à ce type de véhicule alors qu’aucune recommandation n’est apportée pour les véhicules à chenilles. Il existe plusieurs termes pour désigner l’effet dynamique d’une charge mobile soit : coefficient de majoration dynamique, coefficient d’amplification dynamique, coefficient de charge dynamique et coefficient d’impact dynamique.

Dans le système de Classification des ponts et véhicules utilisé par l’Organisation du traité de l’Atlantique Nord (OTAN), les effets des charges et la capacité structurale sont comparés afin de déterminer la faisabilité d’une traversée d’un pont, d’un radeau ou encore d’un traversier. Même si ce système fait la différentiation entre les véhicules à chenilles et les véhicules à roues, il n’y a pas de recommandations précises sur l’application de coefficients de majoration dynamique propre à chaque type de véhicule. Les manuels d’évaluation des ponts utilisés par les Forces armées canadiennes et par l’armée américaine prescrivent l’utilisation d’un coefficient unique devant être appliqué dans tous les cas de chargement, ce qui impose des restrictions stratégiques sur la mobilité des véhicules à chenilles, particulièrement pour les chars de combat.

Des essais expérimentaux ont été effectués sur un pont à treillis modulaire entièrement instrumenté afin de comparer les effets dynamiques causés par deux véhicules militaires à chenilles et deux véhicules militaires à roues. La réponse dynamique du pont a été évaluée selon différents paramètres : la vitesse des véhicules et la condition de la surface de roulement sur le tablier du pont, surface lisse ou irrégulière. En utilisant les données recueillies à partir de quatre-vingt-six essais, les valeurs appropriées du coefficient de majoration dynamique ont été déterminées pour chaque type de véhicule. Ces valeurs expérimentales ont été validées et comparées aux facteurs utilisés par différentes normes de calcul sur les ponts routiers.

L’analyse des données expérimentales a démontré que les effets dynamiques causés par les véhicules à chenilles sont environ la moitié de ceux causés par les véhicules à roues. La variation de la condition de surface, simulant une chaussée endommagée et la présence d’obstacle, a permis d’observer une augmentation de l’effet dynamique induit par les deux types de véhicules. Cependant, les effets dynamiques induits par les véhicules à chenilles ont été nettement inférieurs à ceux induits par les véhicules à roues pour une condition de surface irrégulière. Des recommandations ont été faites concernant les valeurs appropriées du coefficient de majoration dynamique à utiliser dans le système de Classification militaire des ponts et véhicules, ainsi que pour les normes sur le calcul des ponts routiers canadien et américain.