Kan beregne hvordan bruer reagerer på kraftig vind
Komplekse numeriske beregningsmetoder gjør det mulig å beregne hvordan lange bruer reagerer på ulike former for vind.
Denne kunnskapen er viktig for å vite hvilken type bru som egner seg under ulike lokale forhold.
I Ferjefri E39-prosjektet planlegger Statens vegvesen å bygge flere lange hengebruer som skal tåle å bli utsatt for kraftig vindstyrke.
Tore Andreas Helgedagsrud har oppnådd doktorgrad ved NTNU (Institutt for konstruksjonsteknikk) med sitt forskningsprosjekt. Han har jobbet med å videreutvikle beregningsmetoder for hvordan brudekker reagerer på ulike vindlaster ved hjelp av datasimuleringer.
Vil forhindre for store bevegelser
– Tradisjonelt har studiet av vindlaster vært forbeholdt vindtunnelforsøk, men med dagens regnekraft kan vi konstruere en virtuell vindtunnel. Jeg har brukt såkalt Fluid-Structure Interaction (FSI), en metode som beregner luftstrømninger og strukturelle deformasjoner i en koblet analyse, til å beregne vindlaster på brutverrsnitt. Dette er spesielt relevant for lange hengebruer, hvor nettopp utforming av tverrsnitt er helt sentralt for å unngå store, eller til og med ødeleggende vibrasjoner, forklarer Helgedagsrud. Han poengterer at vindeffektene først og fremst påvirker kjøreopplevelsen, men kan også føre til kollaps for lengre bruer.
– Ved å forutsi hvor store disse lastene er, så kan vi i designfasen planlegge strukturer som klarer å håndtere lastene de blir utsatt for. I det lange løp vil det bety at man kan spare store vedlikeholdsutgifter, samt minimere risikoen for at broen blir skadet eller må stenges.
Film som viser numerisk simulering av Hardangerbrua
Har utført tester i vindtunnel
NTNU har en lang faglig tradisjon med aerodynamisk forskning, og en viktig del av Helgedagsruds forskning har vært å sammenlikne simuleringene med tilsvarende tester utført i vindtunnelen ved universitetet.
Vindtunnelen er den eneste av sitt slag i Norge, og brukes av blant annet offshore- og sportsindustrien. I vindtunnelen kan modeller påføres vind i en hastighet av opptil 100 kilometer per time, noe som tilsvarer orkan styrke.
– Når jeg har utført testing i vindtunnelen har jeg brukt en modell av en hengebru og utsatt den for ulike vindstyrker. (Modellen er festet «på tvers», slik at vinden kommer fra siden og direkte på brudekket). De målte vindtrykkene eller vibrasjonene sammenliknes deretter med FSI-simuleringene, forklarer han.
Se hvordan modellen av brudekket reagerer på vind
Bedre brudesign for fremtiden
Mitt forskningsarbeid vil forhåpentligvis øke tilliten til numeriske metoder for beregning av vindlaster, og jeg tror at en kombinasjon av simuleringer og eksperimenter vil kunne gi et tryggere og mer kostnadseffektivt design av fremtidige lange hengebruer, avslutter han.
Tore Andreas Helgedagsrud har oppnådd doktorgrad med avhandlingen:
Numerical modeling of wind forces on bridge decks using state-of-the-art FSI methods.
Se en film om forskning i Ferjefri E39-prosjektet
(Film: Truls Melbye/Art of light)
