Tilstandsvurdering av bruer i det norske jernbanenettet: Litteraturstudie, lastmodeller, konstruksjonsmodellering og analyse

Abstract

Denne masteroppgaven tar sikte på å presentere status i det norske jernbanenettet gjennom å undersøke tilstanden til eksisterende jernbanebruer/infrastruktur.Første del av rapporten gir en introduksjon til den generelle tilstanden til jernbanenettet. Det redegjøres for vedlikeholdsbehov og etterslep, bevilgninger, menneske- og godstransport, samt en oversikt over hvordan jernbanen er oppbygd.I andre del blir to av Norges jernbaner gjenstand for nærmere analyse; Sørlandsbanen og Nordlandsbanen. Her presenteres banens historie og bruksmønster, men mer i detalj gis en oversikt over alle bruene som binder banen sammen. Ulike parametere som material, brutyper, spennlengder og alder blir sammenlignet for å se om det er noen typer som er mer eller mindre typiske og/eller dominerende for banestrekningen. Basert på disse vurderingene blir to bru-case valgt ut for nærmere kontroll; pendelpilarbrua Trolldalen Viadukt på Nordlandsbanen og fagverksbrua Eidselva Bru på Sørlandsbanen. Analyse av disse kan da i større eller mindre grad være representative for flere av sitt slag.Tredje del er en gjennomgang av regelverket for laster på jernbanebruer. Først blir de utgåtte lastmodellene fra 1899, 1932 og 1958 presentert, med en visualisering av hvordan den historiske utviklingen har vært. Deretter blir dagens lastmodell, Lastmodell 1971 gjennomgått mer i detalj i henhold til gjeldende regelverk. Her introduseres alle aktuelle laster generelt, for så å spesifisere hva hver og en av de betyr for henholdsvis Trolldalen Viadukt og Eidselva Bru. Lastkombinering, lastfaktorer, materialfasthet og lignende blir også gjennomgått i denne delen. Til slutt blir alle karakteristiske laster summert opp og presentert i den formen de skal implementeres i senere FEM-analyse.Fjerde og femte del er konstruksjonsanalyse og kontroll av henholdsvis Trolldalen Viadukt og Eidselva Bru. En Finite Element Model (FEM) blir bygd opp av hver bru i SAP2000, for så å belaste de med de dimensjonerende lastene, jamfør reglene for lastkombinering. Det trekkes konklusjoner ut fra resultatene i SAP2000, og disse verifiseres og suppleres med håndberegninger. Resultatene viser at Trolldalen Viadukt så vidt oppfyller kravene til dagens standard, mens Eidselva Bru overskrider grenseverdiene på et par punkter. Det mest kritiske for Trolldalen Viadukt er effekten av horisontallastene; aksialtrykk i diagonaler og torsjonsmoment i dekket. Eidselva Bru er overbelastet i overgurt og tverrbærere på grunn av vertikale og langsgående trafikklaster.Avslutningsvis vurderes muligheten for endrede parametere som last, hastighet og tverrsnitt opp mot konstruksjonsanalysen. Deretter blir resultatene vurdert opp mot den generelle tilstanden til bruene i det norske jernbaneverket som ble introdusert i starten.