Dynamisk respons av lange slanke hengebruer

Abstract

Ettersom det for tiden planlegges flere grensesprengende fjordkryssinger i Norge er prosjektering av hengebruer et viktig tema innen konstruksjonsteknikk. Denne masteroppgaven tar for seg en av disse bruene og undersøker de aerodynamiske egenskapene til den. Med ett hovedspenn på 1625 m skal denne bruen krysse Julsundet i Møre og Romsdal. Dette er lengre enn noen annen hengebru som er bygget i Norge per dags dato. Hensikten med studien er å undersøke hvordan en massedemper (TMD) påvirker responsen til enkelte egensvingeformer. Responsen beregnes når bruen utsettes for buffeting-vindlast med stedsvindhastighet for Julsundet. Oppgaven løses i sin helhet teoretisk og de fleste beregningene utføres i Matlab, der ALVSAT benyttes til å validere noen resultater. I tillegg benyttes Mathcad og Excel for mindre beregninger. Ved hjelp av teori presentert i Einar N. Strømmens lærebok Structural Dynamics [8] lages det en matlab-rutine for beregning av egensvingeformer og egenfrekvenser. Disse brukes videre i beregning av respons med en svingeform og en komponent i frekvensplanet. Også disse beregningen utføres i Matlab og baseres på teori fra læreboken Theory of Bridge Aerodynamics [2] av samme forfatter. Responsen beregnes med og uten massedemper, og det undersøkes hvordan andre svingeformer og ulike plasseringer av massedemperen påvirker resultatet. Statens vegvesen har oppgitt inputparametere som har muliggjort disse beregningene. Det viser seg at en massedemper ikke påvirker responsen til 2. vertikale svingeform betydelig når bruen utsettes for buffeting-vindlast med en karakteristisk middelvindhastighet. Bare en mindre reduksjon forekommer. Massedemperens vekt blir så stor at antagelsen om ingen punktlaster langs bruspennet ved løsning av egenverdiproblemet vanskelig lar seg forsvare. I tillegg vil bruens og demperens relative respons bli for stor. Dermed er det lite aktuelt å bruke massedemper for å dempe ut responsen av 2. vertikale egensvingesvingeform. Derimot vil 1. egensvingeform i torsjon reduseres betydelig av en massedemper. Også her må massedemperen være tung og trenger stor plass til vandring. Likevel kan det være aktuelt å bruke massedemper for dette tilfellet da det teoretisk er å foretrekke en demper i torsjon framfor vertikalretning. Andre svingeformer enn det demperen er optimalisert for påvirkes i veldig liten grad, og en alternativ plassering av demperen vil ikke være effektivt.