Nederlandse organisatie voor toegepast natuurwetenschappelijk onderzoek
IflSUtUU
J -'
voor oouwrnaLerlalerl
c _ty -. zk-sç S
C6492
1 I\IL)
en Bouwconstructies
Instituut TNO voor Bouwmaterialen en Bouwconstructies
Nederlandse Organisatie voor toegepast natuurwetenschappelijk onderzoek
I
C
TNO-rapport BIBLIOTHEEK
Postbus 49 2600 AA Delft Lange Kleiweg 5 Rijswijk ZH Telex 38270 ibbc fl1 Telefax 015-620304 Telefoon 015-606000
Bouwdienst Rijkswaterstaat Postbus 20.000 3502 LA Utrecht
B-90-326 Meting van de demping van een zestal beweegbare bruggen April 1990 PVS/U( BI BLIOTHEEK BOUWDI ENST RIJKSWATERSTAAT Niets uit deze uitgave mag worden vermenigvuldigd en/of openbaar gemaakt door middel van druk, fotokopie, microfilm of op welke andere wijze dan ook, zonder voorafgaande toestemming van TNO. Het ter inzage geven van het TNO-rapport aan direct belanghebbenden is toegestaan. Indien dit rapport in opdracht werd uitgebracht, wordt voor de rechten en verplichtingen van opdrachtgever en opdrachtnemer verwezen naar de 'Algemene Voorwaarden voor Onderzoeksopdrachten TNO', dan wel de betreffende terzake tussen partijen gesloten overeenkomst.
NR ........
Aan: Bouwdienst Rijkswaterstaat t.a.v. Dhr. D. Stroosma Postbus 285 2270 AG VOORBTJRG
cTNO
Bladzijden: 17 Tabellen : 3 Projectnuxmner: 64.3.1242 Figuren : 9 Auteur(s) : ir. P.H. Waarts ir. P.C. van Staalduinen Bijlagen : -
Trefwoord(en): trillingsmeting, demping, bruggen
010-0
T, W- "
-
TNO-rapport
IBBC B-90-326 April Pagina 1990 i
INHOUDSOPGAVE Pagina INLEIDING
1
DEMPING VAN BRUGGEN
2
METINGEN
3
UITWERKING
5
SAMENVATTING EN CONCLUSIES 7
FIGUREN
8
TNO-rapport
IBBC B-90-326 April Pagina 1990 1
1. INLEIDING In opdracht van Rijkswaterstaat zijn metingen uitgevoerd ter bepaling van de demping van trillingen in beweegbare bruggen tijdens openen en sluiten van de brug. Aanleiding tot de bepaling van de demping door middel van meting vormt het project Brugwind van Rijkswaterstaat. Dit project is bedoeld om een voorschrift voor windbelasting op beweegbare bruggen op te stellen en te onderbouwen. In verband met trillingen welke ten gevolge van de dynamische belasting door de wind kunnen ontstaan dient hierbij ook de demping van de beweegbare brug bekend te zijn. Ten einde aannamen hieromtrent te toetsen zijn in december 1989 en januari 1990 metingen verricht aan de bascule bruggen over het Keteldiep, bij de Rozenburgsesluis te Rotterdam, over de voorhaven te Schiedam en bij de Bergse Diepsluis, alsmede aan de ophaaibruggen te Schoorldaxn en Arkel. Dit rapport doet verslag van de uitgevoerde metingen en de daarbij verkregen resultaten
TNO-rapport
IBBC B-90-326 April Pagina 1990 2
2. DEMPING VAN BRUGGEN Het uitdempen van trillingen in constructies kan verscheidene oorzaken hebben. Er bestaat structurele, geometrische en aerodynaniische demping. structurele demping. Bij beweegbare bruggen zal de structurele demping de hoofdmoot van de demping voor zijn rekening nemen. Deze demping betreft materiaaldemping en wrijving in overbrenging en scharnier. geometrische deinping heeft oorzaak in het afvoeren van energie van het meetpunt naar andere constructiedelen en opleggingen. Bij de beweegbare brug kunnen trillingen in de val overgebracht worden naar de ballast, de overbrenging, het scharnier, de kelderwand en de grond. aerodynamische demping betreft het energieafvoer door het in trilling brengen van de lucht. De aerodynaniische demping zal slechts een geringe bijdrage leveren aan de totale demping van het systeem De te bepalen demping van beweegbare bruggen zal voornamelijk zijn oorzaak hebben in de structurele en geotnetrische demping. De bijdrage van de beide dempingscomponenten is niet onderzocht.
TNO-rapport
IBBC B-90-326 April Pagina 1990 3
3 METINGEN Om praktische redenen zijn de metingen verricht op de val van de brug. De hoekverdraaiing van de val en de trillingen die de val tijdens openen en sluiten van de brug vertoont, laten zich relatief eenvoudig meten met behulp van versnellingsopnemers. Hiertoe zijn aan de val van de brug, op de vier hoekpunten van het rijdek versnellingsopnemers bevestigd. De bevestiging van de opnemers heeft plaatsgevonden met een lijmtang. Figuur 3.1 geeft aan op welke posities de versnellingsopneiners zijn aangebracht. In gesloten stand van de brug is de nieetrichting van de opnemers vertikaal. Bij het openen van de brug zal de hoek ten opzichte van de vertikaal veranderen, zodat de versnellingsopnemer dan een een steeds kleiner aandeel van de zwaartekrachtsversnelling zal waarnemen. Deze hoekverdraaiing verandert met het openen en sluiten van de brug relatief langzaam en heeft voor alle opnemers hetzelfde effect. Op deze langzame wijziging van de gemeten zwaartekrachtsversnelling zijn de versnellingen gesuperponeerd, die optreden ten gevolge van trillingen loodrecht op de val. Deze versnellingen zullen het sterkst zijn aan de top van de val. Bij elke brug heeft een meting plaatsgevonden bij een gebruikelijke cyclus van openen en sluiten van de brug. Voorts is een meting uitgevoerd, waarbij tijdens openen van de brug ongeveer halverwege een stop is gemaakt en waarbij - na volledig openen - tijdens het sluiten wederom ongeveer halverweg een stop is gemaakt. Figuur 3.2 geeft een voorbeeld van een cyclus waarin een noodstop is gemaakt. De gebruikte openemers zijn servo-versnellingsopenemers van het fabrikaat Sundstrand, type QA 700. Na conditionering en een passende versterking zijn de versnellingsignalen geregistreerd op een 8 kanaals analoge instruinentatie taperecorder HP 3968 A.
TNO-rapport
IBBC B-90-326
April Pagina 1990 4
De 4 meetsignalen zijn in ruwe vorm geregistreerd op de kanalen 1 tot en met 4. Voorts zijn de 4 meetsignalen na high pass filtering en na een aanvullende versterking van 10 maal op de kanalen 5 tot en met 8 geregistreerd. De metingen hebben plaatsgevonden aan een zestal bruggen, zoals aangegeven in tabel 1. Enige karakteristieke grootheden zijn weergeven in tabel 2. Tabel 1: Datum
Locatie
Aanduiding
20-12-1989 Ketelmeer, RW10 Brug Zwolsehoek
Ketelmeer
21-12-1989 Schoorldam ophaalbrug o/h Noord-Hollandschkanaal
Schoorldam
22-12-1989 Bascule bruggen over de Rozenburgse sluis
Rozenburg
22-12-1989 Bascule brug o/d schutsluis te Schiedam
S chi e dani
03-02-1990 Bascule brug o/d Bergsediepsluis in de Oesterdam
Bergsediep
04-02-1990 Ophaalbrug o/h Merwedekanaal te Arkel
Arkel
Tabel 2: Karakteristieken van de bemeten bruggen Ketelmeer Schoorldam Rozenburg Schiedam Bergsediep Arkel bascuul
ophaal
ongeregeld geregeld
geregeld
geregeld
lengte (m) 23.6 19.0
29.1
11.6
9.2
16.5
breedte (ni) 14.1 14.0
19.7
17.0
16.15
10.0
heugel tandbaan recht
tandbaan
recht
recht
recht
openingstijd 100 s 76 s
llOs
60s
75s
73 s
buffer nee ja
nee
ja
ja
ja
type bascuul ophaal
bascuul
motor ongeregeld geregeld
bascuul
TNO-rapport
IBBC 8-90-326 April Pagina 1990 5
4. UITWERKING De uitwerking van de metingen omvat het digitaliseren van de meetsignalen en het selecteren van de delen van het meetsignaal voor verdere verwerking. Voor het berekenen van de demping zijn de gedeelten van het meetsignaal geselecteerd op het moment van de stop tijdens openen. De figuren 4.1 t/m 4.6 geven het geselecteerde signaal weer. De geselecteerde registraties zijn vervolgens Fourier-getransformeerd via een FFT routine. Als we het tijdsignaal aanduiden met a(t) en de fourier getransformeerde met A(w), dan wordt het spectrum van de versnellingen gedefinieerd door A(w)A*(w). Hierin is A*(w) de complex toegevoegde van A(c). Figuur 4.7 geeft het spectrum van het signaal gegeven in figuur 4.4. De val van de brug vertoont hoofdzakelijk trillingen in de laagste eigenfrequentie. Deze trillingen bij een vaste frequentie verschijnen in het spectrum in de vorm van een piek. De breedte van deze resonantiepiek is afhankelijk van de demping van het systeem. Voor een een-massaveer-dempersysteem geldt: - Af/(2f) Hierin is: de deinping als percentage van de kritische demping Èrf de breedte van de resonantiepiek op halve hoogte van de piek de eigenfrequentie
TNO-rapport
IBBC B-90-326
April Pagina 1990 6
De resultaten van deze bepaling zijn verzameld in tabel 3: Tabel 3: Overzicht meetresultaten Locatie
frequentie dempingsmaat (%)
0,7 0,5 2,3 wz >10 0,4 Schoorldam 2 1,6 0,4 1,7 Rozenburg 2,5 1,6 S chi e dam 3 â6 1,4 Bergsediep >10 0,5 Arkel 2 3,6
Ketelmeer OZ
2,3
Bij de eerste eigenfrequentie van de ophaaibruggen bestaat een vrij hoge demping (> 10%). Of het hier werkelijk een eigenfrequentie van het systeem betreft is onzeker. Het is ook mogelijk dat het systeem hier juist door de buffer gaat.
TNO-rapport
IBBC B-90-326 April Pagina 1990 7
5. SAMENVATTING EN CONCLUSIES Een trillingsmeting is uitgevoerd aan een zestal beweegbare bruggen (vier basculebruggen en twee ophaaibruggen). De metingen zijn uitgevoerd ter bepaling van de demping van trillingen tijdens bewegen. Aan de hand van de trillingsmetingen kan geconcludeerd worden dat basculebruggen, waar geen buffer aanwezig is een dempingsmaat hebben van 0,4 tot 0,7%. De bemeten basculebruggen met buffer hebben een dempingsmaat van 2,5 tot 6%. De bemeten ophaalbruggen met buffer hebben bij de 2e eigenfrequentie ongeveer 2% demping.
TNO-rapport
IBBC B-90-326
April 1990
FIGUREN
Pagina 8
TNO-rapport
IRBC B-90-326 April Pagina 1990 9
Figuur 3.1: Locatie versnellingsopnerners aan de val van de brug
2
51
TNO-rapport
IBBC B-90-326 April Pagina 1990 10
Figuur 3.2 : Signaal bij een openingscyclus met noodstop tijdens openen en sluiten
PRUG BERGSEDIESLUIS Totaal sgnaai
NOODSTOP
\ /
t-
O.000e+00 OPENEN
NOODSTOP
1.638e+01 second/div 3.276e+02 OPENSTAND
SLD1TEN
-4.69e-01 -8.59e+00
TNO-rapport
IBBC B-90-326 April Pagina 1990 11
Figuur 4.1: Geselecteerd signaal brug Ketelnieer
BRUG
KETEbDIEP
geselec. sgnaa
i
1
1.061e+02
i t
JI RESULT
1
6.187e-01 second/div
1.185e+02
TNO-rapport
IBBC B-90-326 April Pagina 1990 12
Figuur 4.2: Geselecteerd signaal brug Schoorldani
RUG SCHOORLDAM geselec. signaal
iv
-7.500e-01 1.024e+00 second/div
1.973e+01
TNO-rapport
IBBC B-90-326 April Pagina 1990 13
Figuur 4.3: Geselecteerd signaal brug Rozenburgsluis
BRUG ROZENBURGSLUIS geselec. sgnaa1
4.875e+01
1.346e-t-01 second/div
3.79e+02
TNO-rapport
IBBC B-90-326 April Pagina 1990 14
Figuur 4.4: Geselecteerd signaal brug Schiedaxn
BRUG SCHIEDAM geselec. signaal
i
RESULT rn/s 2
1 !
1.612e+02 9.020e-01 second/div 1.793e-s-02
/d
TNO-rapport
IBBC B-90-326 April Pagina 1990 15
Figuur 4.5: Geselecteerd signaal brug Bergsediep
BRUG BERGSEDIESLUIS geselec. sgnaa1
I
0.000e+00
CH2
1.638e+01
second/div
3.276e+02
TNO-rapport
IBBC 8-90-326 April Pagina 1990 16
Figuur 4.6: Geselecteerd signaal brug Arkel
BRUG ARKEL gesele. signaal
1
ïd §
1
-1.500e+00
2.08e+00 second/div
3.945e+01
/ div
TNO-rapport
IBBC B-90-326 April Pagina 1990 17
Figuur 4.7: Spectrum brug Rozenburgsluis
BRUG ROZENBURESLUIS
r 0.0122 fe 1.721 Hz
T
0.0122 - 0 1 1.721 -
ou'
MEM
A
2.38e-02 0. OOe+O0 i .70e-03/div
1.654e+00 7.629e-03 HZ/div 1.807e+00
