Dynamisk respons av slanke gangbruer

Abstract

Dynamiske egenskaper for slanke gangbruer er et tema som blir stadig mer aktuelt i byggebransjen. Den økende urbaniseringen, og satsingen på miljø gjør at det bygges stadig flere alternativer for fotgjengere. Denne typen bruer er utsatt for en rekke forskjellige lasttyper som kan resultere i dynamiske svingninger, med vindinduserte virvelavløsninger som et eksempel. Virvelavløsninger er særlig aktuelt for denne typen slanke konstruksjoner da de kritiske vindhastighetene ofte er lavere enn for andre typer konstruksjoner. Det er derfor viktig å optimalisere konstruksjonens dynamiske egenskaper. Massedempere har vist seg som et verktøy som effektivt kan redusere svingningene til et system, og det er derfor valgt å se på hvordan de kan brukes til å redusere responsen for slanke gangbruer.Denne oppgaven går gjennom teorien som er nødvendig for å identifisere de dynamiske egenskapene til en slank hengebru. Den tar også for seg vindinduserte virvelavløsninger og hvordan massedempere kan brukes som et verktøy for forbedre de dynamiske egenskapene til et system.Det gjøres så en praktisk beregning på den nye gangbroen mellom Opsund og Hafslundsøy i Sarpsborg kommune, Norge. Beregningene er delt inn i tre hoveddeler: egenverdianalyse, virvelavløsnningslast og innføring av massedempere. Egenverdianalysen identifiserer systemets 4 første svingeformer i z-retning og torsjon, og finner de tilhørende egenfrekvensene. Det undersøkes så virkningen av virvelavløsningslast, over et vindfelt 0 < V < 20 [m/s]. Beregningene blir gjort ved punktene med størst eksitasjon fra svingeformene for å se på den dynamiske responsen. Så innføres det massedempere som tilpasses egenfrekvensene til systemet, og gjøres en ny virvelavløsningsresponsberegning for å se på virkningen av massedemperene.Responsen som følge av virvelavløsningene viste seg å være liten for Hafslundsøy bru, og i størrelsesorden $mm$. Responsen viser at det ikke er noe behov for massedemper for å dempe ut virkningene. Effekten av massedemperene var allikevel tydelig. Det ble gjort tidsserieanalyser over T = 600 s som viste at massedemperene ga en reduksjon i responsen på oppmot 73 %. Resultatene viser at for slanke gangbruer kan massedempere være en meget effektivt metode å dempe ut resonante svingninger på.