Gamla Årstabron. Sammanställning av töjningsmätningar utförda

Transkript

1 Gamla Årstabron Sammanställning av töjningsmätningar utförda Etapp 4. Etapp Max-min töjning (με) Givare nr. Brobyggnad KTH Brinellvägen 34, SE- 44 Stockholm Tel: , Fax: i

2 Andreas Andersson 7 Royal Institute of Technology (KTH) Department of Civil and Architectural Engineering Division of Structural Design and Bridges Stockholm, Sweden, 7

3 Sammanfattning Denna rapport redovisar några resultat från töjningsmätningar på båge, utförda den 7:e november 7 avseende respons från trafiklast, efter det att bågens östra sida vattenbilats ca: mm. Inverkan av vattenbilning på den östra kanten av bågen har studerats för två olika trafiklaster, pendeltåg X6 på västra spåret och regionaltåg X på östra spåret. För pendeltåg X6 är axelavstånd och axellaster från vagnarna väldefinierade från ritningar. Mätningarna utfördes under lågtrafik varvid andelen personlast var liten. Därtill registrerades 8 överfarter med X6 tåg. Från de filtrerade mätsignalerna är standardavvikelsen avseende maxtöjning ca:. με och variationskoefficienten 5 %, baserat på dessa 8 överfarter. För max respons i hjässan på den västra sidan är dock motsvarande variationskoefficient endast 3 %. Resultaten stämmer väl överens med upprättade FE-modeller, i synnerhet i hjässan. I fjärdedelspunkten underskattar FEmodellen responsen något. En jämförelse med tidigare mätning visar på något ökade påkänningar på västra sidan efter vattenbilning på östra sidan, detta stämmer väl överens med FE-modellerna. En jämförelse med regionaltåg X passerande på östra spåret visar på något ökade påkänningar i hjässan och fjärdedelspunkten närmast vattenbilningsområdet. Skillnaderna mellan mätningar och FE-modeller är något större än för X6 tågen, sannolikt p.g.a. X tågen inte är lika väldefinierade i beräkningarna. Tendenserna mellan olika etapper är dock liknande mellan mätningar och beräkningar. Responser från några godståg presenteras. Påkänningarna är vissa fall nästa dubbelt så stora som från pendeltågen och härrör främst från loken, även om vissa vagnar är i samma storleksordning. Uttryckt i spänningar är påkänningarna dock små, i storleksordningen - MPa i armeringen. Resultaten för de studerade tågpassagerna uppvisar generellt förväntade responser i samma storleksordning som beräkningarna. Inverkan av vattenbilning på bågens östra kant har liten men mätbar inverkan på brukslaster. Stockholm i december 7 Andreas Andersson i

4

5 Innehållsförteckning Sammanfattning i Fältmätningar. Allmänt Mätinställningar och placering av givare Tågpassager Resultat 5. Signalkvalitet och filtrering Resultat pendeltåg X Resultat regionaltåg X Resultat godståg Slutsatser 5 A Mätningar A. Mätschema iii

6

7 .. ALLMÄNT Fältmätningar. Allmänt Mätningarna redovisade i föreliggande rapport utfördes den 7:e november 7 kl. 9:3 :5 och omfattar töjningsmätningar på gamla Årstabrons båge. Mätningarna utfördes efter det att ca: mm betong avlägsnats med vattenbilning från bågens östra kant, i teknisk beskrivning dat benämnd som vattenbilning fas. Figur.:. Vattenbilad yta, östra sidan båge. Mätinställningar och placering av givare Givarnas placering under tidigare mätningar, utförda 7--7, återfinns i Figur.. Vid mätningarna 7--7 användes flertalet av dessa givare. Under vattenbilning av den östra sidan togs givare 3,4 och bort, vilka ersattes med nya givare på nya positioner, enligt Figur.3. Därtill har givare 7 ersatts med ny givare på samma position, då tidigare mätningar indikerat att denna givare varit defekt. Vid mätningarna den 7:e oktober användes en 4 bit A/D omvandlare av typ MGCplus. Mätningarna utfördes med samplingsfrekvens Hz och ett Bessel lågpassfilter på 4 Hz för att förhindra spegling från högre frekvenser.

8 . FÄLTMÄTNINGAR L/4 L/4 uk slutsten S W E N Givare - mäter töjning på längsgående armering, givare 3-6 mäter töjning på tvärgående armering..,.., 4..3., 3..3 uk slutsten Figur.: Tidigare instrumentering, under mätningar utförda ca: uk slutsten S W E N Givare 3,4 och försvinner vid vattenbilning, ersätts med nya givare på nya positioner.. uk slutsten., 3.., 4. Figur.3: Instrumentering under mätningar utförda 7--7.

9 .3. TÅGPASSAGER.3 Tågpassager Mätningarna omfattar inverkan av trafiklast, som utgörs av den normala trafiken. Samtliga tåg passerade söderut. Mellan kl. 9:3 - :5 uppmättes totalt 44 tågpassager, varav 8 st X6 pendeltåg, 6 st X/X pendeltåg, 3 st X4 regionaltåg, 5 st X regionaltåg, 4 st godståg, 4 st enskilda lok och 4 övriga ej identifierade tåg. Större delen av analysen i denna rapport avser pendeltåg av typ X6, dels för att de är relativt väldefinierade i last och axelavstånd, dels för att 8 uppmätta passager ger god statistisk grund. Mätningarna utfördes under lågtrafik vid samma tid på dygnet som tidigare mätningar. Skillnaden i yttre last bör därvid vara minimal och största ändring i respons mellan de två mättillfällena förväntas bero på strukturen. Tidigare mätningar visade god överensstämmelse med upprättade FE-modeller om helt tomma vagnar antogs. Från mätschema i Tabell A. framgår att pendeltåg passerar på västra spåret och regionaltåg på östra spåret. Godståg passerar på båda spåren. Samtliga tåg åker söderut. 3

10

11 .. SIGNALKVALITET OCH FILTRERING Resultat. Signalkvalitet och filtrering Tidigare analys av signalkvalitet har visat att inga tåg inducerar märkbar energi över 5 Hz. För pendeltåg av typ X6 ligger gränsen kring 3 Hz, vilket främst motsvaras av axel- och boggiavstånden. Samtliga signaler från samtliga mätningar filtreras därför med ett 8:e ordningens Butterworth lågpassfilter vid 5 Hz. Figur. och Figur. visar inverkan av filtrering vid passage av ett X6 pendeltåg. 5 4 ofiltrerad filtrerad 3 Töjning (με) Tid (s) Figur.: Mätning givare 8, passage av X6 tåg på västra spåret. Jämförelse mellan ofiltrerad och filtrerad signal. 5 4 ofiltrerad filtrerad 3 Töjning (με) Tid (s) Figur.: Detalj av första axel för samma tågpassage som ovan. 5

12 . RESULTAT. Resultat pendeltåg X6 En jämförelse mellan mätningar och FE-modell avseende töjningsvidder för pendeltåg X6 redovisas i Figur.3. Analys av mätningarna baseras på filtrerade signaler. I genomsnitt för X6 tågpassagerna är standardavvikelsen mindre än. με och variationskoefficienten 5 %, baserat på max och min respons från 8 mätningar. För max påkänning i givare 8 är dock variationskoefficienten endast 3 %. Eftersom samtliga X6 tåg passerade på västra spåret är responsen i givare 3, 7,,, 4 och 5 närmast östra sidan liten. Vid anfang och fjärdedelspunkt västra sidan, givare och givare 5, underskattas responserna i FE-modellerna jämfört med mätningarna. Givare 8 i hjässan visar god överensstämmelse mellan FEM och mätningar. Givare 6 och givare 9, placerade centriskt i tvärled, uppvisar något mindre tryckspänningar från mätningar än från FEM, dock är spänningsvidden snarlik mätningar FEM Max-min töjning (με) Givare nr. Figur.3: Max och min respons från pendeltåg X6 på västra spåret etapp, jämförelse mellan FE-modell (tomvagnar) och mätningar, negativ töjning anger tryck. Spridningsmått avser standardavvikelsen. I Figur.4 nedan visas skillnaden mot tidigare mätning samt standardavvikelsen. Generellt har påkänningarna ökat något på västra sidan efter vattenbilning på östra sidan. På östra sidan är förändringen liten. Givar 7 har mindre spridning efter utbyte mot ny givare. Givare 3, 4 och har ändrat position och är inte helt jämförbara. Figur.5 visar skillnaden före och efter vattenbilning enligt FE-modellen. Likt mätningarna visar FE-modellen att påkänningarna ökar på västra sidan, främst i hjässan. I hjässan på östra sidan är ökningen minimal, vilket överensstämmer med mätningarna. 6

13 .. RESULTAT PENDELTÅG X Etapp Etapp Max-min töjning (με) Givare nr. Figur.4: Max och min respons från mätningar, pendeltåg X6 på västra spåret, jämförelse mellan etapp och etapp. 5. Max-min töjning (με) etapp etapp Givare nr. Figur.5: Max och min respons uppskattad med FE-modellen, pendeltåg X6 på västra spåret, jämförelse mellan etapp och etapp. 7

14 . RESULTAT.3 Resultat regionaltåg X För att undersöka trafikens inverkan på samma sida som vattenbilningen studeras regionaltåg typ X. Dessa är relativt väldefinierade och under mättillfället registrerades 6 passager, vilket ger en rimlig uppskattning avseende spridningar. Standardavvikelsen är i genomsnitt mindre än. με och variationskoefficienten %. Dock är variationskoefficienten för dragpåkänningen i hjässan på östra sidan mindre än.5 %. Generellt underskattar FE-modellen responsen från X tåget något, Figur.6, vilket till viss del kan bero på att axellaster och axelavstånd inte är lika väldefinierade i FE-modellen som för X6 tåget. Inverkan av personlasten är försumbar mätningar FEM Max-min töjning (με) Givare nr. Figur.6: Max och min respons från regionaltåg X på östra spåret etapp, jämförelse mellan FE-modell (tomvagnar) och mätningar. Jämfört med tidigare mätningar, Figur.7, har påkänningarna ökat något, främst avseende dragpåkänning i hjässan och tryckpåkänning i fjärdedelspunkten, båda på östra sidan. Givare 3, 4 och har bytt position och är inte helt jämförbara mellan mätningarna. I FE-modellerna för motsvarande etapper, Figur.8, är skillnaden mindre och endast en marginell ökning kan tydas i fjärdedelspunkten. Dock är ökningen i hjässan tydlig och i samma storleksordning som från mätningarna. 8

15 .3. RESULTAT REGIONALTÅG X 6 Max-min töjning (με) Etapp Etapp Givare nr. Figur.7: Max och min respons från mätningar, regionaltåg X på östra spåret, jämförelse mellan etapp och etapp. 5. Max-min töjning (με) Etapp Etapp Givare nr. Figur.8: Max och min respons uppskattad med FE-modellen, regionaltåg X på östra spåret, jämförelse mellan etapp och etapp. 9

16 . RESULTAT.4 Resultat godståg Nedan redovisas resultat från några godstågspassager. Figur.9 - Figur. är ett godståg på östra spåret med ett 3-tal vagnar. Vissa vagnar är enaxliga. Största påkänningarna är ca: 7 με i hjässan (drag) och ca: 8 με i fjärdedelspunkten (tryck). Som jämförelse ger pendeltåg X6 ca: 4 με i hjässan (drag) och ca: 4 με i fjärdedelspunkten (tryck). Figur. - Figur.4 redovisar ett godståg på västra spåret, bestående av två RC-lok och 8 vagnar. De första 9 vagnarna är tomma. Påkänningarna är ca: 4 με i hjässan (drag) och ca: 4 με i fjärdedelspunkten (tryck). De största påkänningarna kommer främst från loken, men även vissa vagnar är i samma storleksordning. Figur.5 - Figur.7 redovisar ett godståg på västra spåret, bestående av ett RC-lok och 7 tomvagnar. Ett RC-lok ger i princip samma påkänningar som de dubbelkopplade i Figur.. Tomvagnarna är identifierbara från mätningarna men ger liten påkänning.

17 .4. RESULTAT GODSTÅG 8 6 givare givare 8 4 Töjning (με) Tid (s) Figur.9: Godståg från mätning nr 7 på östra spåret, innehållande både enaxliga och tvåaxliga vagnar, respons i hjässan. 4 givare 7 givare 5 Töjning (με) Tid (s) Figur.: Godståg från mätning nr 7 på östra spåret, innehållande både enaxliga och tvåaxliga vagnar, respons i fjärdedelspunkten. givare 3 givare Töjning (με) Tid (s) Figur.: Godståg från mätning nr 7 på östra spåret, innehållande både enaxliga och tvåaxliga vagnar, respons vid anfanget

18 . RESULTAT 5 4 givare 8 givare 3 Töjning (με) Tid (s) Figur.: Godståg från mätning nr 6 på västra spåret, RC-lok och 8 vagnar, ca: 9 tomvagnar längst fram, respons i hjässan. 3 givare 5 givare 7 Töjning (με) Tid (s) Figur.3: Godståg från mätning nr 6 på västra spåret, RC-lok och 8 vagnar, ca: 9 tomvagnar längst fram, respons i fjärdedelspunkten. givare givare 3 Töjning (με) Tid (s) Figur.4: Godståg från mätning nr 6 på västra spåret, RC-lok och 8 vagnar, ca: 9 tomvagnar längst fram, respons vid anfanget

19 .4. RESULTAT GODSTÅG 5 4 givare 8 givare 3 Töjning (με) Tid (s) Figur.5: Godståg från mätning nr 4 på västra spåret, ett RC-lok och 7 tomvagnar, respons i hjässan. 3 givare 5 givare 7 Töjning (με) Tid (s) Figur.6: Godståg från mätning nr 4 på västra spåret, ett RC-lok och 7 tomvagnar, respons i fjärdedelspunkten. 3 givare givare 3 Töjning (με) Tid (s) Figur.7: Godståg från mätning nr 4 på västra spåret, ett RC-lok och 7 tomvagnar, respons vid anfanget. 3

20

21 .4. RESULTAT GODSTÅG 3 Slutsatser Inverkan av vattenbilning på den östra kanten av bågen har studerats för två olika trafiklaster, pendeltåg X6 på västra spåret och regionaltåg X på östra spåret. För pendeltåg X6 är axelavstånd och axellaster från vagnarna väldefinierade från ritningar. Mätningarna utfördes under lågtrafik varvid andelen personlast var liten. Därtill registrerades 8 överfarter med X6 tåg. Från de filtrerade mätsignalerna är standardavvikelsen avseende maxtöjning ca:. με och variationskoefficienten 5 %, baserat på dessa 8 överfarter. För max respons i hjässan på den västra sidan är dock motsvarande variationskoefficient endast 3 %. Resultaten stämmer väl överens med upprättade FE-modeller, i synnerhet i hjässan. I fjärdedelspunkten underskattar FEmodellen responsen något. En jämförelse med tidigare mätning visar på något ökade påkänningar på västra sidan efter vattenbilning på östra sidan, detta stämmer väl överens med FE-modellerna. En jämförelse med regionaltåg X passerande på östra spåret visar på något ökade påkänningar i hjässan och fjärdedelspunkten närmast vattenbilningsområdet. Skillnaderna mellan mätningar och FE-modeller är något större än för X6 tågen, sannolikt p.g.a. X tågen inte är lika väldefinierade i beräkningarna. Tendenserna mellan olika etapper är dock liknande mellan mätningar och beräkningar. Responser från några godståg presenteras. Påkänningarna är vissa fall nästa dubbelt så stora som från pendeltågen och härrör främst från loken, även om vissa vagnar är i samma storleksordning. Uttryckt i spänningar är påkänningarna dock små, i storleksordningen några - MPa i armeringen. Resultaten för de studerade tågpassagerna uppvisar generellt förväntade responser i samma storleksordning som beräkningarna. Inverkan av vattenbilning på bågens östra kant har liten men mätbar inverkan på brukslaster. 5

22

23 A.. MÄTSCHEMA A Mätningar 7--7 A. Mätschema Tabell A.: Mätschema. datum: 7--7 etapp: fas, efter att ca: mm av bågens östra kant har vattenbilats. Allmänt: molningt, ca: - C lite vind, varit kallare under natten. Samtliga givare är utförda i halvbrygga och mätresultaten från *.BIN-filerna ska divideras med bryggfaktorn +ν. Givare 3, 4 och har bytt plats pga. de försvann vid vattenbilning. Givare 7 har ersatts med ny givare på samma plats. Givare kan ev. vara defekt. Givare uk och givare ök. tid: mätning nr: tågtyp: antal vagnar: spår: notering: 9:3 X6 väst 9:4 X6 väst 9:46 3 X6 väst 9:56 4 X6 väst 9:59 5 X4 öst dubbeldäckare, 7 ton/axel : 6 X/X 4 väst :4 7 gods 34 öst täckta vagnar, några enaxliga. RC4 lok? : 8 X 4 väst två sista vagnarna X :4 9 X 6 öst 6 vagnar inkl längst fram och längst bak :7 X 5 väst :5 X öst :7 X6 väst :8 3 4 öst RC-lok? :3 4 öst arbetslok (spårläggningsvagn?) :3 5 XA 4 väst :4 6 gods 8 väst st RC-lok + 8 vagnar, flest tomvagnar i början :45 X4? öst 6 dubbelboggi 7 :46 X6 väst :47 8 X6 väst :57 9 X6 väst :59 X4 öst 8 dubbelboggi? : X6 väst : X6 väst :7 3 X6 väst : 4 gods väst 7 tomvagnar, -axliga vagnar, ett RC-lok :4 5 X 6-7 öst :6 6 X6 väst :45 - :53 7 långtidsmätning under lunchrast, bytt strömförsörjning från elverk till befintlig bygg-el (risk för el-spikar mm) :48 7_ X6 väst under mätning 7 skedde ingen övervakning av trafik :49 7_ RC-lok väst :59 7_3 X6 väst : 7_4 X? öst : 7_5 X6 väst :4 7_6 X6 väst :8 7_7 X? väst : 7_8 RC-lok väst : 7_9 X öst 7 forts. nästa sida

24 A. MÄTNINGAR 7--7 tid: mätning nr: tågtyp: antal vagnar: spår: notering: :8 7_ X6 väst :9 7_ X öst :33 7_ X6 väst :34 7_3 X öst :4 7_4 X? väst :43 7_5 RC-lok? öst :44 7_6 X? öst :48 7_7 X6 väst 8