Sammenligning av predikert og målt vindindusert dynamisk respons av Hardangerbrua

Abstract

Den velkjente kollapsen av hengebrua, Tacoma Narrows, i 1940, førte til et økt fokus påvindindusert dynamisk respons som problemområde. Ettersom moderne brudesign stadig girlengre, slankere og lettere bruer, øker behovet for mer nøyaktige og pålitelige metoder til å predikere vindindusert dynamisk respons.Hardangerbrua er den lengste hengebrua i Norge, og er blant de ti lengste hengebruene iverden med et hovedspenn på 1310 meter. Brua har kun to kjørebaner og et felt for gang- og sykkelsti, hvilket betyr at Hardangerbrua er en av de slankeste i sin klasse. For å kartlegge nøyaktigheten til dagens metoder innen responsprediksjon og modellering, er Hardangerbrua blitt instrumentert for oppfølging.Denne masteroppgaven består av to hoveddeler. Den første delen tar for seg signalprosessering av måledata fra Hardangerbrua, hvor kjente metoder brukes til å identifisere bruas dynamiske egenskaper og til å analysere bruas dynamiske respons. Del to anvender etablert turbulensteori for å predikere brubanens dynamiske respons. Resultatene fra de to delene presenteres og sammenlignes slik at eventuelle feil og svaketer i den brukte predikeringsmetoden kan påpekes.Egenfrekvensene er funnet ved å plukke markante topper i spektraltettheten til akselerasjonsmålinger, og er verifisert ved å plotte korresponderende svingeform i 3D. Egenfrekvenser som ligger uvanlig tett, er skilt ved å kombinere informasjon om akselerometerenes plassering i forhold til relevant modeform med beregnet koherens og fasevinkel. De modale dempningsestimatene er estimert i frekvensdoment ved hjelp av båndbredden ved halv signalsstyrke. Usikkerhet knyttet til valg av diskretisering er drøftet.Responsen til Hardangerbrua er målt indirekte ut fra et digitalisert akselerasjonssignal, som høypassfiltreres under numerisk dobbel integrasjon. Det er valgt å fokusere på vindindusert respons med middelvindhastigheter på rundt 10 m/s. Metoden har resultert i en modell som viser sanntids vindhastighet langs bruspennet sammen med forskyvninger i tre dimensjoner. Modellen er brukt til å tolke hvordan trafikk og endringer i vind påvirker akselerasjon og forskyvning langs bruspennet.Predikert respons er basert på turbulensteori, hvor parametere for Hardangerbrua er hentet fra en etablert elementmetodemodell og tidligere vindtunnelforsøk.