Dynamisk konseptdesign av energiproduserende bruer

Abstract

Denne rapporten har som mål å finne utfordringer med langespenn og muligheter ved å innføre energi produserte element på brukonstruksjon som hengebru. I rapporten er to vindturbiner av typen E-82/2 MW er brukt som energi produserte elementer og brutårnene er benyttet til å feste vindturbinene.

Hengebruer er myke konstruksjoner og har dynamiske oppførsel når de blir utsatt forvindlaster. Innføring av energi produserte elementer på brukonstruksjonen vil påkjenningen bli større. Og dermed vil dynamisk analyse være nødvendig for evaluere effektene av slike tiltak. Analysen som er utført her i denne rapporten tar utgangspunktet i elementprogrammet Abaqus og noen av resultatene er blitt sjekket mot programmaskin som er utviklet i MatLab. Dynamiske egenskaper som frekvenser og svingeformer er beregnet i Abaqus for hele brukonstruksjonen og for brutårnet som en selvstendig/rammet konstruksjon. To modeller av brutårnet er laget, en modell med full rotasjonsstivhet og en med null rotasjonsstivhet mellom søylene og avstivningsbjelkene. I virkeligheten vil brutårnet oppføre seg som en kombinasjon av begge. Med full rotasjonsstivhet vil konstruksjonen oppfører seg stivere og dermed vil få høyre egenfrekvens. Resultatene forbrutårnet fra Abaqus stemmer bra med MatLab, første egen frekvensen for full og null rotasjonsstivhet er henholdsvis 0,158 og 0,088 Hz.

Buffeting teorien er brukt for å beregne dynamisk responsen for ekstrem værforhold.Vindlast på konstruksjonen kan representeres som lineare tilnærminger, og ligningen kan utrykkes som sum av statisk, Buffeting og bevegelsesindusert last. Maks momentet på grunn av både middel vindhastighet og turbulente i vind felten er under dimensjonerende moment MEd for brutårnet. Og for brubjelken er maks moment på grunn av middel vindhastigheter under dimensjonerende moment MEd.

Tidsserie node/intern krefter fra en annen vindturbin på 5 MW er benyttet, og tidsseriene er skalert ned slik at det gir samme dynamiske krefter på brukonstruksjonen som tilsvarer til en 2 MW vindturbin. Hoved målet med å bruke disse tidsseriene er at de er en representativ tidsserie og vil mer eller mindre gi riktig dynamiske krefter på konstruksjonen.

Et års energiproduksjon er beregnet ut i fra middel vindhastighetene for 2010 i Stjørnfjorden. I løpet av 2010 var det 21 dager med middel vindhastighet som var over 25m/s. Når vindhastigheten er over 25 m/s må vindturbinen 2 MW stå stille. Totalt energiproduksjon som de to 2 MW vindturbinene kunne ha produsert, er på 30 082 MWhsom kan dekke 1 504 husstander.