Back to search

INNOFFARENA-Innovasjonsarena for stat og kommune

Analysis and optimization of a floating bridge with emphasis on structural behaviour and aerodynamic effects

Alternative title: Analyse og optimalisering av en flytebru med vekt på strukturell oppførsel og aerodynamiske effekter

Awarded: NOK 1.7 mill.

In the Coastal Highway Route E39 Project of the Norwegian Public Roads Administration, a floating bridge concept was recently considered to be the best concept for crossing the Bjørnafjord. The bridge consists of a 5km long steel box girder supported by several floating pontoons and is thus exposed to permanent loads, environmental loads (such as wind, waves and current) as well as traffic loads. This is a major technical step from the existing similar floating bridges which are roughly 0.9 and 1.25 km long. There is limited research on such structures and the uncertainty is reflected on the price. Increasing the knowledge on the structural behaviour under these combined loads makes it possible to reduce conservativism, which in turn will reduce costs by optimizing the bridge shape and its composing elements. At the same time, research on artificial intelligence (AI) and AI-based engineering design is flourishing and there is a great potential for complementing today's calculation methods with modern machine learning algorithms. This will make it easier and faster to find an optimal bridge design which will also contribute to the cost reduction of such structures. The project aims to develop an integrated calculation system for analysing and optimizing floating bridges, with emphasis on aerodynamic effects in skew winds and the calculation methods involved. This shall be used for independent analyses at the Norwegian Public Roads Administration, which shall provide a basis for comparison and assessment of the results delivered by external consultants. The developed method will also be made available to others through publication. The project has direct transfer value to other fjord crossings that are planned to be built within 2050.

Fremtiden av Vestlandets veg og ferje forbindelser er avhengig av suksessen av de første av disse store flytebru prosjektene. Total stål kostnaden knytes til slutt til bompenger og en liten reduksjon i pris kan gjøre kjørealternativet lønnsommere fremfor å ta i dags ferjene eller fly. Offentlige meningen om en Ferjefri E39 knytes til en viss grad til bompengene og omfattet risikoen, og dermed står resten av fjordkryssingene på spill. Den utførte forskningen i dette prosjektet utviklet en mer nøyaktig vindlastmodell med hensyn til skjeve vindforhold som er spesielt viktig for den buede flytebroen for fergeoverfartsprosjektene i norge. En mer nøyaktig vindlastmodell skal levere et mer robust design med mindre usikkerheter for disse megainfrastrukturene, og potensielt vil en reduksjon i mengden stål i broen også føre til en reduksjon i prosjektets økologiske fotavtrykk.

Prosjektet kan oppsummeres i følgende milepæler: 1. Gjennomgang av aerodynamiske laster på brubjelker, pga. vindkast (turbulens), virvelavløsning og den gjensidige påvirkningen mellom vind og konstruksjon (aeroelastiske krefter). 2. Global numerisk modellering og analyse av flytebrua med både aero og hydrodynamiske laster: frekvensplan analyser, tidsplan analyser, ekstremverdi estimater av styrende design parameterne, og følsomhetsstudier for bruoppførselen under forskjellige vindfelt egenskaper. 3. Lokal Computational Fluid Dynamics (CFD) modellering av luftstrømmen rundt brubjelken. 4. Kobling av globale og lokale modeller i et integrert system. 5. Litteraturstudium og uttesting av eksisterende maskinlærings metoder på måledata av vind (og bølger) og tilhørende bruvibrasjoner, for å effektivt modellere koblingen mellom disse. 6. Utvikling av en optimaliseringsalgoritme for å analysere og videre optimalisere formen til brukassa for Bjørnafjorden. Metoden skal kunne brukes også med andre input data, dvs. for andre fjordkryssinger og andre bru typer. Prosjektet vil blant annet føre til at man lettere oppdager beregningsfeil, unøyaktigheter og ineffektiviteter, noe som vil bidra til å redusere kostnader og usikkerheter som slike banebrytende konstruksjoner naturligvis innebærer.

Publications from Cristin

No publications found

No publications found

No publications found

No publications found

Funding scheme:

INNOFFARENA-Innovasjonsarena for stat og kommune