Analyse av vind- og responsmålinger av en hengebro med hovedvekt på sammenhengen mellom brotårnets og brodekkets svingninger

Abstract

Denne masteroppgaven er en studie av de dynamiske responsene indusert av vind på hengebroen Lysefjordbrua. Mer spesielt er responsen mellom brodekkets vertikale retning og det nordvestlige brotårnets i broens lengderetning analysert, med formål om å finne en sammenheng mellom responsene i de ulike broelementene. I samarbeid med Statens vegvesen og deres prosjekt «Ferjefri E39» har Universitetet i Stavanger montert flere målesensorer på broen, hvor de første sensorene ble montert i 2013. Dermed har det vært en kontinuerlig overvåking av broens dynamiske oppførsel gjennom snart 5 år. Lysefjordbrua er en ett-spenns hengebro med en total lengde på 639 m og et hovedspenn på 446 m. Brotårnene er 102 m høye, hvor hvert brotårn består av to betongsøyler som er festet sammen med tverrbjelker. Broen er også modellert i elementmodell-programmet Abaqus, gjort av postdoktor J. Wang. Resultatene fra modellen ved to ulike tilfeller med middelvind, ett med kraftig vind og ett med svak vind, er sammenliknet med målte resultater ved tilsvarende middelvinder. Måledata fra en periode på 35 dager i starten av 2017 er brukt som grunnlag for analysen gjort i denne oppgaven. Ved hjelp av MATLAB er rådataene prosessert, analysert og lagret som .mat filer som er selve grunnlaget for alle resultater presentert, der det i denne oppgaven hovedsakelig er fokusert på 10 minutters intervaller for den dynamiske responsen. Det er valgt ut ett 10 minutters intervall for dagen med høyest middelvindhastighet, og tilsvarende ett 10 minutters intervall for dagen med en svakere middelvindhastighet. Analysen av den dynamiske responsen for brodekket omfatter akselerasjonene i retningene vertikalt, lateralt og torsjon om broens lengderetning. For brotårnet omfatter akselerasjonene i retningene langsgående med broen, lateralt og torsjon om broens lengderetning. Selve sammenlikningen mellom de ulike broelementenes responser er gjort ved å se på responsspektra, der teorien som spektraltetthet er benyttet. I beregningene er Burgs metode benyttet for estimering av power spektraltetthet, eller PST. Basert på resultatene som er presentert i denne oppgaven er det en reell målbar sammenheng mellom responsen i den vertikale retningen for brodekket og responsen broens lengderetning for brotårnet. Korrelasjonen var høyest for tilfellet med kraftig vind og den første vertikale symmetriske svingeformen (VS1) var den svingeformen hvor sammenhengen var størst mellom de ulike broelementene.