Brobyggeren


Underdimensjonering av broer kan få fatale konsekvenser. For å ivareta sikkerheten må ekspertene gjøre avanserte beregninger av vindens virkning på hengebroer og skråstagsbroer. Professor Jasna B. Jakobsen arbeider med slike prosjekter, både i Norge og internasjonalt.

Høsten 2008 fikk Jakobsen invitasjon til å bli med på et internasjonalt forskersamarbeid som tar for seg mulige problemer med kabelsvingninger i den 19 kilometer lange broforbindelsen som er planlagt mellom Danmark og Tyskland.

Fra før har forskeren blant annet erfaring med Hardangerbroprosjektet, et av de viktigste samferdselsprosjektene i Norge.

Påkjenninger som skyldes vind, har stor betydning for utformingen av broer, og planlagte broer blir derfor undersøkt grundig i vindtunnelforsøk.

Samspill
Jasna B. Jakobsen skrev doktorgrad om vindens virkning på brokonstruksjoner, med særlig vekt på samspillet mellom bro og vind, det vil si hvordan broens vibrasjoner gjør at den blir utsatt for andre vindkrefter enn det som ville vært tilfelle om den hadde vært helt i ro.

I verste fall kan det oppstå svingninger av den typen som førte til at Tacomabroen i USA raste sammen i 1940.

Hardangerbroen
Jasna Jakobsen, Institutt for konstruksjonsteknikk og materialteknologi (IKM), har siden tidlig i 1990- årene vært engasjert i Hardangerbroen.

Broen som er en hengebro, er en slank konstruksjon, i likhet med høye tårn og høyhus. Avstand mellom tårnene er 1 310 meter, og de vil rage opp mot 200 meter over havet.

Stålkassen som bærer trafikken, er bare 18,3 meter bred. Det store størrelsesforholdet mellom hovedspennet på 1 310 og kassebredden på 18,3 meter gjør at broen er meget bøyelig og mottakelig for vindlast.

Ett av poengene til å begynne med var å redusere mengden av stål for å redusere kostnader. Dermed ble brokassen slanket en del. Det reduserte også broens motstand mot vridning, og derfor var det nødvendig med nye vindtunnelmålinger. Jasna Jakobsen ble igjen kontaktet i 2007.

Tolker vibrasjoner
– Metoden går ut på å tolke målte vibrasjoner av en bromodell i turbulent vind om til dynamiske egenskaper, som stivhet og demping, av et felles bro–vind-system. Når vi kjenner egenskapene til bromodellen alene, klarer vi å skille ut det kompliserte samspillet mellom bro og vind.

Bevegelsesavhengige krefter uttrykkes ved hjelp av såkalte flutter-deriverte, som knytter disse kreftene til broens forskyvninger og hastigheter. Flutter («flagring») er risting, for eksempel i et flys balanseror, forårsaket av luftstrøm.

Metoden drar nytte av at vindhastigheten varierer ganske tilfeldig, noe som medfører at vibrasjonene som vinden lager i broen, ikke holder seg til én frekvens, forklarer professoren.

Tåler femtiårsvind
– Vi vet at gitarstrenger vibrerer med en viss frekvens og med en tilhørende svingeform. I brosammenheng kan vi beregne slike egenfrekvenser og svingemønstre på samme måte. Vinden vil føre til en viss kobling mellom disse svingemønstrene. Det er av stor betydning, forteller brobyggeren.

– I tillegg til beregning av flutterderiverte, var mitt viktige bidrag i 2007 og 2008 nettopp å bruke disse parametrene til å vurdere aerodynamisk stabilitet av den virkelige broen, sier Jakobsen.

Hardangerbroen dimensjoneres for å tale femtiårsvind, det vil si den vindhastigheten som har en sannsynlighet på 0,02 for å overskrides i løpet av ett år. Der Hardangerbroen kommer, er denne hastigheten i brohøyde 38,6 meter i sekundet, det vil si orkans styrke.

Sikker konstruksjon
– Vi må sikre at ukontrollerte svinginger ikke opptrer ved hastigheter helt opp til 57,6 meter i sekundet, altså 50 prosent høyere enn femtiårsvind. Når det gjelder Hardangerbroen, som skal stå ferdig i 2013, er den en sikker konstruksjon på bakgrunn av de målinger og beregninger som er gjort.

Det er ingen grunn til bekymring, beroliger broforskeren.

Tekst: Egil Rugland
Foto: Elisabeth Tønnessen

Denne artikkelen sto på trykk i magasinet Univers nr 2. 2009.

Les også: Forskere fanger vinden


Sist oppdatert av Leiv Gunnar Lie (16.12.2013)

Skriv ut artikkel print symbol
Foto av Jasna Jakobsen på en bro.
Professor Jasna Jakobsen forsker på vndens virkning på brokonstruksjoner.