Dynamics of pedestrian timber bridges

Vad är ämnet för din doktorsavhandling?

Gångbroar med resonansfrekvenser nära gångtrafikanters stegfrekvenser kan vara känsliga för obehagliga vibrationer. Dessa broar kräver därför noggranna numeriska och/eller analytiska beräkningar i designfasen för att säkerställa att komfortkriterierna uppfylls. Tidigare forskningsstudier har visat svårigheten i att skapa exakta numeriska modeller utan experimentella data. Min avhandling undersöker därför dynamiken hos gångbroar i trä i olika byggskeden för att fastställa effekterna av olika konstruktionsdelar på broarnas dynamik. De huvudsakliga målen var att:

• Utföra dynamiska tester på plats på fem gångbroar i trä vid olika byggskeden
• Utvärdera påverkan av olika konstruktionsdelar på de dynamiska egenskaperna mellan skedena, det vill säga former, resonansfrekvenser och dämpningskvoter
• Implementera numeriska modeller i finita element-programvaran Abaqus och kalibrera modellerna vid varje byggskede

Förhoppningsvis kommer detta att öka kunskapen om korrekt modellering av olika delar för gångbroar i trä.

Varför valde du detta ämne?

Ökad byggnation av gångbroar i trä är ett viktigt steg för att skapa en mer hållbar framtid och nå EU:s mål om nettonollutsläpp av koldioxid till år 2050. Möjligheten till prefabricering förenklar monteringen på plats och säkerställer en mer tidseffektiv byggprocess. Lättare transporter till byggplatsen tack vare träets låga vikt minskar koldioxidutsläppen. Dessutom innefattar forskningsprojektet detaljerad numerisk modellering av broarna och expertis från mina handledare Jean-Marc Battini och Roberto Crocetti, vilket har varit en ovärderlig erfarenhet för min framtida karriär.

Vilka är de viktigaste resultaten?

De experimentella resultaten visade att:

• Resonansfrekvenserna ökade generellt vid kalla jämfört med varma förhållanden. Detta tillskrevs flera faktorer, såsom det viskoelastiska beteendet hos asfaltlagren där asfaltens styvhet ökar vid låga temperaturer.
• Dämpningskvoterna, som mäter energiupplösningen i konstruktioner, ökade typiskt med ett asfaltlager på broarna på grund av absorberad töjningsenergi och/eller friktion vid gränsytan mellan asfalt och trädäck. Särskilt för vibrationslägen med stora deformationer i asfaltlagret, till exempel de första laterala lägena, ökade från cirka 1 % till 2–4 %. Dessa dämpningskvoter var i många fall betydligt högre än de värden som rekommenderas i tekniska riktlinjer.

De viktigaste faktorerna i de numeriska modellerna för de fem broarna för att säkerställa kalibrerade resultat jämfört med de experimentella resultaten var:

• Longitudinell styvhet vid upplagen för en balk- och fackverksbro
• Förbindelsestyvheter mellan träelementen för de flesta broar
• Styvhet hos pålfundament vid mellanstöd för en fackverksbro
• Partiell samverkan hos mekaniskt förbundna bågsegment för en bågbro
• Reducerad axiell styvhet hos stag för en snedkabelbro
• Implementering av asfaltens styvhet vid kalla temperaturer

Huvudslutsatsen är att detaljerad modellering av vissa konstruktionsdelar var nödvändig för att uppnå kalibrerade resultat för broarna.

Stötte du på något oväntat under din forskning?

Densiteterna för träslagen gran och tall uppskattades från experimentella data och tidigare forskning. Dessa värden var oväntat höga jämfört med tekniska riktlinjer.

Dämpningskvoterna för de första laterala lägena kunde öka till så mycket som 3–4 % med ett asfaltlager på bron, vilket är betydligt högre än värdena 1–1,5 % i tekniska riktlinjer. Det finns utan tvekan potential för uppdaterade värden i riktlinjerna för gångbroar i trä med och utan asfaltlager.

Vem kommer att ha nytta av dina resultat? Vilken påverkan kan det ha på samhället?

Forskningsprojektet finansieras av Trafikverket och J. Gustaf Richerts stiftelse som ett led i vidareutvecklingen av vår infrastruktur och byggda miljö. Projektet kommer förhoppningsvis att öka byggandet av gångbroar i trä, vilket gynnar framtida hållbarhet i vår infrastruktur.

Vad gör du härnäst/var kan man nå dig?

Resultaten från denna doktorsavhandling kommer förhoppningsvis att generera nya idéer för andra forskningsprojekt. Efter min disputation den 15 december kommer jag att fortsätta min karriär på broavdelningen hos WSP i Stockholm. Jag svarar gärna på frågor om mitt arbete i framtiden.