| dc.description.abstract | Denne oppgaven tar for seg dynamisk analyse av nye Tana bru, ei skråstagbru i stål foreslått av Statens Vegvesen (heretter SVV). Grunnen til at det trengs ei ny bru er at den gamle brua ikke oppfyller dagenskrav til veibredde, kapasitet og hensyn til myke trakanter. Forslaget til SVV er ei asymmetrisk skråstagbru med ett tårn, et totalt bruspenn på 239m og hovedspenn på 180m. Brua er fortsatt på forprosjektstadiet og dermed må noen parametere for bruas komponenter bestemmes for prosjektet, blant annet nødvendig størrelse og plassering av trapesstivere på brubjelken og tårnets platetykkelse. Stålkablenes dimensjon er allerede foreslått av SVV.
I oppgavens første del beskrives utfordringer ved skråstagbruer. En av de største utfordringene ved ei slik bru er å unngå store kabelvibrasjoner.Vibrasjoner kan oppstå på ulike måter, for eksempel ved virvelavlsning,vann eller is som legger seg på kablene og fører til galloping eller indirekteeksitasjon ved at brubjelken eller tårnet svinger. En annen utfordring som gjelder spesielt for skråstagsbruer med lange kabelspenn er at kablenesiger ned som følge av egenvekten og reduserer materialutnyttelsen og stivheten til brua.
Brua modelleres i elementprogrammet Abaqus med de parametere som er bestemt, og det utføres en egenfrekvensanalyse. For å verifisere modellener egenfrekvensene til brua også beregnet for hånd, med det største avviket på 8%.
Videre blir det utført tre analyser av brua:
• Statisk trakkanalyse
• Dynamisk vindanalyse i frekvensplanet
• Dynamisk jordskjelvanalyse i tidsplanet
Den statiske analysen gjennomføres for å kontrollere om bruas valgteparametere og dimensjoner er tilstrekkelige. Analysen gjennomføres i Abaqus med trakklaster og kombinasjoner beregnet etter Eurocode.Beregning av spenninger i brubjelken og i tårnets innspenning viser at det ikke er noen fare for flytning i stålet. Største kabelspenning er 561MPa og er godt innenfor kabelens dimensjonerende bruddspenning inkludert sikkerhetsfaktor 2,2 som er kravet i Eurocode.
Vindanalysen blir gjennomført i frekvensplanet ved hjelp av programmering i MatLab, der egenfrekvenser og svingeformer er hentet fra egenfrekvensanalysen i Abaqus. Den største vertikale forskyvingen av brubjelken under turbulent vindlast er 0; 34m, og største horisontale forskyving er 0; 01m, begge ved vindhastighet V = 50m/s.
Dynamisk jordskjelvanalyse gjennomføres i tidsplanet på modellen i Abaqus. Akselerasjonstidsserien er hentet fra jordskjelvet i El Centro,California, 1940. Tidsserien skaleres til norske seismiske forhold og påføres fundamentet i retning på tvers av brubjelken. Største horisontaleforskyving av brubjelken under jordskjelvlast er 0; 01m, og størstehorisontale forskyving av kablene er 0; 1m. Etter at jordskjelvet er over blir det observert en "beating"-effekt i responsen til brubjelken, som fører til at responsen øker fra 0; 002m til 0; 009m etter at jordskjelvet er over.Den største summen av horisontale krefter som følge av jordskjelvlasten i et tidssteg er 1513kN. Dette utgjr 7% av egenlasten og er dermed svært lite.
Som er alternativ til stålkabler blir brua også modellert med kabler i karbonber. Karbonberkablene som er foreslått har en E-modul og bruddspenning som ligger nært stålkablenes, men massen er betrakteliglavere. Siden karbonber er et sprere materiale sammenlignet med stål er det anbefalt å øke sikkerhetsfaktoren fra 2; 2 for stål til 3 for karbonberkablene. Med den økte sikkerhetsfaktoren tatt i betraktning blir massen til karbonberkablene 16; 0kg=m. Sammenlignet med massen til stålkabelen på 61; 9kg=m er dette en reduksjon på 74%. Dette gir mindre kabelsig og en stivere konstruksjon. Bruas egenfrekvenser for hovedsvingeformene økes noe, mens egenfrekvensen til karbonberkableneer nesten doblet sammenlignet med stålkablene.
Til slutt blir modellen i Abaqus med karbonberkabler påført den samme jordskjelvtidsserien som tidligere. "Beating"-effekten som ble observert i responsen til modellen med stålkablene observeres også her, men den er sterkt redusert. Den største summen av horisontale krefter som opptrer samtidig i et tidssteg er redusert med 34% fra 1513kN til 1002kN. I lys av at den totale massen til brua bare er redusert med rundt 7%, viser dette at mindre samspill mellom kabler og brubane gir en reduksjon i horisontalkrefter på 27%. | nb_NO |
