Aerodynamisk stabilitet av lange slanke hengebruer

Abstract

Planlegging av nye og effektive transportveier øker etterspørselen etter å krysse bredere fjorder og høyere fjell. Dette fører til at broer må sette nye lengderekorder og at ny teknologi må utvikles. Dagens hengebroer begrenses av stabilitetsproblemer ved høye vindhastigheter, såkalt flutter. Denne masteroppgaven undersøker mulighetene for å øke stabilitetsgrensen til hengebroer ved å installere en passiv massedemper. Massedempere har tidligere vist seg å være meget effektive til å dempe dynamiske svingninger på grunn av vindlaster på både høyhus og broer. Arbeidet er utført som en teoretisk studie hvor det er utviklet en beregningsmetode som deretter er prøvd på to broeksempler, en fiktiv brokonstruksjon fra boka ?Theory of Bridge Dynamics? av Strømmen (2010) og Hardangerbroa, Norges lengste hengebro som åpner i løpet av 2013.Beregningen av kritisk vindhastighet er basert på en modal analyse. Kun de to modene som bidrar til flutter-ustabiliteten er inkludert i beregningen. Dynamisk respons beregnes ved å øke middelvindhastigheten skrittvis helt til responsen øker mot uendelig. Beregningen inkluderer bevegelsesinduserte krefter, vind- og turbulenslaster og massedemperens effekt. Tilslutt er det utført en parameterstudie som inkluderer massedemperens masseforhold og egenfrekvens.En massedemper er egnet til å øke den aerodynamiske stabilitetsgrensen til hengebroer. Resultatene viser at en massedemper øker kritisk vindhastighet betydelig for den fiktive broa. Kritisk vindhastighet øker også for Hardangerbroa, men i mindre grad. Parameterstudien viser at optimal verdi for egenfrekvensen er viktig for effektiv utnyttelse av massedemperen. Det er knyttet usikkerhet til beregninger av responsfrekvenser ved kritisk vindhastighet. Et lite avvik mellom beregnet og virkelig verdi kan redusere effekten av massedemperen betydelig. For at massedemperen skal bli mer robust mot avvik i responsfrekvensen er det foreslått å benytte flere mindre massedempere med ulike egenfrekvenser.