Dynamisk analyse av Vulkan bro for horisontal og vertikal ganglast

Abstract

Vulkan bro åpnet i desember 2010 og det er siden da registrert merkbare vertikale svingninger fra ganglast. Målinger utført på broen tilsier at egenfrevensene fra både første vertikal- og første torsjonsmode ligger i nærheten av frekvensområdet til ganglast. Dette er i litteraturen anslått til å ligge fra 1,4 Hz for sakte gange til 2,4 Hz ved hurtig gange, med en tilnærmet gjennomsnittsverdi på 2 Hz for normal gange. Broens horisontale egenfrekvens ligger utenfor det tilsvarende området for horisontalretningen, som er fra 0,7 Hz - 1,2 Hz, og er derfor ikke et problemområde for Vulkan bro. Egenfrekvensene er målt til 2,05 Hz for vertikalmoden, 2,7 Hz for torsjonsmoden og 4 Hz for horisontalmoden. De ulike standardene og retningslinjene har forskjellige metoder for å anslå akselerasjonene til en konstruksjon. Dynamiske svingeproblemer fra ganglast er imidlertid et tema som er lite diskutert i dagens standarder. I Eurokodene er det kun angitt en metode for å anslå akselerasjon fra ganglast i Eurokode 5. Disse formlene gir varierende verdier ved sammenligning med de målte akselerasjonene på Vulkan bro. Metodene i BS 5400, Ontario Highway Bridge Design Code og Statens vegvesens håndbok 185 er tilnærmet like. Alle disse gir lave akselerasjonsverdier sammenlignet med de målte. ISO 10137 angir en mer rasjonell metode for å forutsi akselerasjonene til en konstruksjon. Alle de ulike standardene er forenklinger av Fourierserier, mens ISO 10137 bruker Fourierseriene fullt ut for å representere ganglast. ISO 10137 har også strengere krav til maksimale akselerasjoner, og er den eneste standarden som tilsier at det skal være svingeproblemer på Vulkan bro. Ganglastmodelleringen er et stort usikkerhetsmoment og er her tilpasset for at den etablerte FEM-modellen skal gi like responsverdier som målingene. Det viser seg at den beste ganglastmodelleringen for Vulkan bro er en forenklet trekantamplitude knyttet til punktlaster langs broen.Ulike tiltak for å bedre svingeproblemene er modellert og undersøkt i Abaqus-modellen. De beste blant de utprøvde tiltakene er å installere massedempere eller montere skråstag som støtter opp broen. Massedempere kalibrert mot vertikalmoden gir i modellen akselerasjoner som tilfredstiller kravene i standardene, og skråstag på siden av broen gir enda lavere akselerasjonsverdier. Skråstag kun på den ene siden av broen er også et effektivt tiltak.