Structural Monitoring of Norsenga Bridge
Abstract
Etter kollapsen på Tretten bru i 2022 stod flere trebroer i Norge i fare for stengingog strukturell gjennomgang på grunn av mistenkte problemer. Blant disseble Norsenga bru gjennomgått av Statens vegvesen, som igangsatte en kampanjefor strukturhelseovervåking (SHM). SHM bruker sensorer for å kontinuerlig evaluerekonstruksjoner, identifisere feil og forutse mulige problemer for å sikre løpendesikkerhet ved å forstå strukturell integritet og oppførsel. Denne oppgaven fokusererpå å forstå Norsenga bru sin strukturelle oppførsel ved å bruke vibrasjonsdata fraSHM-systemet og en nyutviklet endelig elementmodell (FE-modell) av strukturen.Studien innebærer beregning av teoretiske naturlige frekvenser og modusformerved bruk av en FE-modell bygget i ABAQUS. I tillegg ble systemidentifikasjonved hjelp av frekvensdomene-dekomponering (FDD) og kovariansdrevet stokastiskunderromsidentifikasjon (Cov-SSI) utført basert på målte akselerasjoner på flerebrolokasjoner.
Betydelige forskjeller mellom den opprinnelige FE-modellen og de eksperimentelleresponsene nødvendiggjorde en manuell prosess for oppdatering av endelig elementmodell(FEMU) for å forbedre nøyaktigheten, med tanke på broens dynamiskeoppførsel. Dessuten ble simulerte skader introdusert for å vurdere deres innvirkningpå broens numeriske dynamiske respons.
Å nøyaktig modellere broens dynamiske respons innebærer flere utfordringer. Særligmodelleringen av knutepunktene i fagverket, som ble ansett som fast innspente iden foreslåtte FE-modellen, antas å introdusere betydelig feil ved å kunstig økeden samlede stivheten og hindre nøyaktige responsprognoser. Videre, basert påFE-modellen, begrenset broens statiske indeterminasjon betydelige endringer i dennumeriske responsen etter skade, noe som understreker de iboende kompleksitetenei analysen. After the 2022 Tretten Bridge collapse, numerous timber bridges in Norway facedclosure and structural reassessment due to suspected issues. Among these, theNorsenga Bridge underwent scrutiny by the Norwegian Road Administration, whichinitiated a Structural Health Monitoring (SHM) campaign. SHM employs sensors tocontinuously assess structures, detect defects, and predict issues to ensure ongoingsafety by understanding structural integrity and behavior. This study focuses oncomprehending the Norsenga Bridge’s structural behavior, utilizing vibration datafrom the SHM system and a newly developed finite element model of the structure.
To this extent, the research computes theoretical natural frequencies and modeshapes through an ABAQUS-built FE model. In addition, system identification viafrequency domain decomposition (FDD) and covariance-driven stochastic subspaceidentification (Cov-SSI) has been performed with the experimental data, consistingof measured accelerations at several bridge locations. Significant discrepanciesbetween the initial FE model and the experimental responses prompted a manualfinite element model updating (FEMU) procedure to enhance accuracy, accountingfor the bridge’s dynamic behavior. Additionally, simulated damages were introducedto assess their impact on the bridge’s numerical dynamic response.
Accurately modeling the bridge’s dynamic response poses several challenges. Notably,modeling the joints in the trusses, considered fixed in the proposed FE model,is likely a source of significant error, artificially inflating overall stiffness and impedingaccurate response predictions. Moreover, as per the FE model, the bridge’sstatic indeterminacy limited substantial observable changes in the numerical responsepost-damage, underscoring inherent complexities in its analysis.