Analyse av vegbru i kompositt material

Abstract

I Fredrikstad er den nye Kråkerøybrua under oppføring som en firefelts klaffebru i stål,. Etter henvendelse fra Statens vegvesen er det etterspurt en utredning om mulighetene for å kunne ha brukt komposittmateriale istedenfor stål i klaffene.

Oppgaven har vurdert komposittmaterialer etter bestanddelenes individuelle egenskaper og laminatets sammensatte egenskaper. Fiberorienteringens påvirkning på laminatet er forsøkt optimalisert etter lastbildet, og 9 konfigurasjoner av laminatet er benyttet i analysemodellen. Analyser av foreslåtte brudesign er gjort i elementberegningsprogrammet Abaqus© og mindre håndberegninger er gjort med beregningsprogrammet Matlab©. Lastmodeller etter Statens vegvesen sin Håndbok 185 er brukt for å kontrollere bruas statiske samt dynamiske integritet.

Av 26 bru-konfigurasjoner oppfylte 5 Statens vegvesen sitt krav om maksimal nedbøyning. Bruene med en kombinasjon av karbonfiber og E-glassfiber ga best resultat, men karbonfiber andelen i brua var høy, 6 av 14 lag i laminatet var av karbon.

Bruene som besto nedbøyningen ble analysert i bruddgrensetilstand der maksimale spenninger ble hentet ut. Etter oppgitt materialfastheter hadde kompositt materialet ingen problemer med dette.

Bruene ble videre analysert for å påvise deres dynamiske egenskaper. Det ble påvist akseptable dynamiske egenskaper, godt innenfor akselerasjonskravet til Statens vegvesen på maksimalt 1 m/s2