Denne artikkelen er produsert og finansiert av Statens vegvesen - les mer.

En hengebru over Sulafjorden vil ha en spennvidde på om lag 3000 meter. Alle beregninger må stemme for at den skal kunne tåle været på Vestlandet. (Illustrasjon: Statens vegvesen / Vianova / Baezeni)
En hengebru over Sulafjorden vil ha en spennvidde på om lag 3000 meter. Alle beregninger må stemme for at den skal kunne tåle været på Vestlandet. (Illustrasjon: Statens vegvesen / Vianova / Baezeni)

Bedre beregningsmodeller for lange hengebruer

Kunnskap om hvordan lange hengebruer reagerer på vind er avgjørende for å kunne planlegge en bru som skal leve i minst hundre år.

Publisert

Dersom Sulafjorden sør for Ålesund skal krysses med en hengebru, innebærer det en spennvidde på om lag 3000 meter.

Et annet alternativ er et hengebru-konsept med to spenn og et støttende tårn i midten som er forankret på 450 meters vanndybde.

– Begge konseptene er ultralange brustrukturer som presser grensen for maksimal spennlengde. Derfor utgjør den aerodynamiske utformingen et sentralt element for å kunne realisere konstruksjonen av én av dem. Denne spennende utfordringen er grunnlaget for mitt forskningsarbeid, sier Randi Nøhr Møller.

Møller har nylig oppnådd doktorgrad ved Danmark Tekniske Universitet (DTU) med sin avhandling om beregningsmodeller for hvordan lange hengebruer reagerer på vind.

Arbeidet har hun gjort i samarbeid med Ferjefri E39 i Statens vegvesen (se faktaboks nederst i artikkelen).

Kryssing av Sulafjorden vil være rekord

Foreløpig er de tre lengste hengebroene i verden Akashi Kaikyo Bridge i Japan med en spennlengde på 1991 meter, Xihoumen Bridge i Kina med en spennlengde på 1650 meter og Storebæltsbroen i Danmark med en spennlengde på 1624 meter.

En norsk hengebru på rekordlange tre kilometer vil kreve mye forskning og utvikling.

– Siden det ikke finnes like lange hengebruer i verden per i dag, er det nødvendig med ny kunnskap for å kunne forutsi hvordan denne lange broen vil oppføre seg, sier Randi Nøhr Møller .

– Vi må kunne forutsi dette på forhånd, slik at vi ivaretar sikkerhet og kvalitet både i utbyggingsfasen, men også i drifts- og vedlikeholdsfasen, sier hun.

Randi Nøhr Møller har forsket på hvordan lange hengebruer reagerer på vind. (Foto: Rambøll)
Randi Nøhr Møller har forsket på hvordan lange hengebruer reagerer på vind. (Foto: Rambøll)

Tredelt forskningsprosjekt

Møller har delt prosjektet i tre deler.

Første del handler om å utvikle en effektiv og nøyaktig simuleringsmetode for vindfelt slik at det er mulig å simulere vindbelastningen på brua over tid.

– Et vindfelt kan i daglig tale betegnes som vind, forklarer Møller. Et vindfelt refererer imidlertid til et mer lokalt fenomen enn vinden generelt. For eksempel den delen av vinden som inngår i en analyse av en bestemt konstruksjon, her bruer.

Andre del handler om en modell som brukes til simulering av brurespons som følge av vindbelastning basert på full tredimensjonal turbulens.

Her presiserer forskeren at vi snakker om realistiske vindbelastninger. Det vil si vindhastigheter og turbulensintensiteter som normalt brukes ved design av lange broer.

Tredje og siste del dreier seg om den såkalte undertrykkelsen av ustabil aerodynamisk respons ved hjelp av eksterne dempere på brua.

– En ustabil respons er ustabile svingninger av konstruksjonen som kan føre til at den kollapser. Aerodynamisk respons viser til svingninger som oppstår ved vindbelastning, presiserer Møller.

Alle disse tre aspektene er presentert numerisk. Det vil si ved hjelp av matematiske beregningsmodeller, sier Møller.

Dette innebærer at alle forsøk eller målinger er gjort på datamaskiner. De er altså ikke utført på virkelige konstruksjoner.

Numerisk metode

Numerisk metode er en beregningsmetode for å løse matematiske problemer, som er særlig velegnet til computerberegninger.

Dette i motsetning til symbolsk, eller analytiske, metoder. Metoden er spesielt egnet som databeregninger.

Numeriske beregninger brukes i dag i nesten alle vitenskaper, ingeniørfag og finans, blant annet innen værberegninger, løsninger av differensialligninger, aksjekurser, forsikring og romfart.

Sikre bruer i 100 år

– Resultatene fra både DTU, NTNU og Universitetet i Stavanger gjør at vi får et sikrere grunnlag for våre beregninger. Vi vet at vi har et tøft klima med mye vind på Vestlandet, sier Kjersti Kvalheim Dunham som er prosjektleder for Ferjefri E39.

Alt forskerne klarer å finne ut på forhånd vil gjøre byggingen og driften av våre nye, lange bruer sikrere, mer forutsigbar og mer bestandig.

– Dersom vi kan ta ned risikoene og samtidig øke bestandigheten, vil kostnadene også reduseres, sier Dunham.

– Det er godt å se at det kommer mange og gode resultater fra forskningsprosjektene som er initiert via Ferjefri E39. Måten disse bidrar direkte inn i planleggingen av prosjektene og bidrar til å ta risiko og kostnader ned, gjør at vi får virkelig god uttelling på våre forskningsmidler, sier hun.

Se video om hvordan Statens vegvesen utfører forberedende undersøkelser for bygging av bruer over Halsafjorden, Sulafjorden og Vartdalsfjorden som en del av planleggingen av ferjefri E39. (Film: Statens vegvesen / Headspin Communications)

Ferjefri E39

Stortinget har som langsiktig mål å bygge ut den 1100 km lange strekningen E39 mellom Kristiansand og Trondheim. Målet er å skape en utbedret og ferjefri E39, noe som vil halvere reisetiden fra dagens 21 timer.