Vind-indusert respons av flytende hengebro over Sulafjorden

Abstract

Ferjefri E39 er et ambisiøst prosjekt som i dag er i en utredningsfase for å se på mulige konsepter som kan gjøre prosjektet realisert. Denne oppgaven tar for seg den dynamiske vindlasten som virker på en flytende hengebro, som er et foreslått konsept over Sulafjorden. To forskjellige fundamenter er brukt i analysene. De to konseptene er et ellipseformet fundament og et strekkstagfundament. Innføringen av flytende fundamenter gjør utfordringene med en hengebro enda større, og de dynamiske kreftene som virker på konstruksjonen er spesielt krevende.

Broen har en total lengde på 4350 meter inkludert 300 meter viadukt i hver ende. Tre spenn på 1250 meter støttet av fire tårn, hvorav to står på flytende fundament, danner designgrunnlaget i oppgaven. Broen er modellert i elementprogrammet Abaqus, hvor det gjennomføres vindanalyser i tidsplan. Vindfeltet genereres i dataprogrammet MATLAB.

Tre vindanalyser med en lengde på 2000 sekund er påført konstruksjonen for hvert av de to fundamentkonseptene. Den første analysen baserer seg på verdier hentet fra NS-EN 1991-1-4 og HBN400, og danner sammenligningsgrunnlaget for de to andre analysene. Den andre analysen ser på effekten av å øke turbulensintensiteten fra 11,05 % til 18 %, mens den tredje analysen ser på effekten av å rotere vindfeltets innfallsvinkel med 45 grader sett i forhold til konstruksjonen. Fra statisk vindlast, er den største horisontale forskyvningen på 6,0 meter og 20,6 meter for henholdsvis ellipse og strekkstagfundament.

Under standardanalysen viser de to konseptene en relativt lik oppførsel, der første horisontale svingeform er mest aktivert. 45 graders rotasjon av vindfeltet gir et noe høyere bidrag fra første horisontale asymmetriske svingeform sett i forhold til standard analysen. Den samme effekten sees også når turbulensintensiteten økes til 18 %. Begge konseptene er følsomme mot endringer i vindfeltet, og ellipsen viser noe større prosentvis endringer sett i forhold til standardanalysen enn hva TLP gjør. De resultatene som er presentert viser at TLP oppnår de største verdiene når det gjelder akselerasjon, forskyvning og rotasjoner, med unntak av horisontal akselerasjon i avstivningsbæreren.