? bruggenbouw? ? windtechnologieir.J.H.Reusink, Ingenieursbureau Gemeentewerken RotterdamOp maandagochtend 4 november1996 kwamen de tuien van de Erasmusbrug, op het oogzonderdirecte aanleiding, heftigin beweging. Kortvoorelf uurwerd geconstateerd dattui13bewoogonderinvloed van dewind. Korte tijd laterwaren alle tuien aan de voorzijdevande pyloon dusdanig in beweging, datde in de tuibuis aanwezige strengen tegen elkaar entegen de omhullende mantelbuis aansloegen. Dit laatste gaf een klapperend geluid. Debouwdirectie van Gemeentewerken Rotterdam die ter plaatse was, constateerde dat hetbrugdek een (torsie)slingeringmaakte. Vervolgens besloot men debrugtijdelijk voor alleverkeer af te sluiten om maatregelen te nemen en een eerste onderzoek in te stellen. Inkort bestek wordt achtereenvolgens ingegaan op wat er zich feitelijk heeft afgespeeld,wordt de oorzaak belicht en richting gegeven aan mogelijke definitieve maatregelen.RAPPORTTRILLENTUIKABELSERASMUSBRUGCD Z?aanzicht van de hoofdoverspanningvan de Erasmusbrugrechter maasoeverNAPOp de betreffende maandagochtend stonder aanvankelijk alleen een straffe wind, meteen gemiddelde snelheid van 10 ?ll mis(windkracht 5 ? 6) met vlagen tot 16 ? 18mis (windkracht 7 ? 8). De windrichting wasZZW (190" ? 200?), dus haaks op de lengte-as van de brug.Om elf uur begon het flink te regenen. Eenooggetuige rapporteerde dat tuikabel 13(fig. 1) als eerste in trilling kwam meteen uit-slag van enkele decimeters.Om circa 11.15 uur kwamen ook de anderetuien in meer of mindere mate in trilling,waarbij zowel eerste als tweede harmoni-sche bewegingsvormen werden waargeno-men. In de tuien achter de pyloon werdengeen bewegingen gesignaleerd.De grootste amplituden traden op ter plaat"se van de tuikabels 9 t.m. 13 (vanaf de py-loon gezien) enwerden op basis van visueleen videowaarneminggeschat op circa 1 m bijeen frequentie van circa 1 Hz. De tuibewe-gingen gingen gepaard met een zeer heftigklapperend geluid, veroorzaakt door het te-gen elkaar en tegen de polyethyleen mantel-buis slaan van de strengenin demantelbuis.Het tegen elkaar slaan van tuikabels werdniet geconstateerd.Tijdens deze grote tuibewegingen verkeerdehet brugdek ineen (torsie)beweging metmaximale, geschatte top-daluitwijkingenvan 0,2 tot 0,4 m.Nadat de bouwdirectie de brug voor het ver-keer, inclusiefscheepvaart, had laten afslui-ten, werd actie ondernomen om de bewegin-gen van de tuien tot staan te brengen. Hier-toe werd de bouwaannemeropgedragen omde voorzieningen uit de bouwfase opnieuwte installeren. Hetbetreft hier polypropyleentouwen die op circa 10 m hoogte om de tuienzijn geslagen en loodrecht op de tui naar hetdek zijn afgespannen. Tijdens het aanspan-nenkwam de betreffende tui snel tot rust.Ter plaatse aangekomen specialisten oor-deelden dat er geen gevaar voor debrug be"stond, waarna het scheepvaartverkeer nacirca 45 minuten stremming werd hervat.-----achtertuienlinker .maasoeverlandhoofd rivierpij!er51650 I.28R= 3000 m284140bruqdekpyloonpijler bascu[epijler rivierpijlert 73684 I. 3~94 55103 50003 lI achterliqqer I basculebrUQ aanbrug JCEMENT1997/1(ij.c'"..>:enc:'(3, IIII? Regen-windtrilling tuikabelsMaatregelenEen populaire en afdoende gebleken maat-regel is hetop verschillende plaatsen onder-ling koppelen van tuien, vergelijkbaar dusmet de hier getroffen tijdelijke maatregelen.Door de koppeling worden zowel de eigen-frequentie als de dempingvan de tui gunstigbe?nvloed.Een tweede categorie oplossingen berustop het vergroten van de systeemdempingdoor schokbrekers, visco-elastische dem-pers, tuned massdempers enz.Een laatste groep van maatregelen berustgingsinteractie tussen brugdek en tuien.Vast staat dat de frequentie van de eerstetorsie- en buigtrilling van het brugdek dichtbij de eerste eigenfrequentie van een aantaltuien ligt. Bovendien liggen de kritischewindsnelheden voor de eerste torsietrilHng(15 mis) en buigtrilling (12 mis) van hetbrugdek binnen de bandbreedte voor hetoptreden van wind-regentrillingen. Hierdoorkan mogelijk de relatief grote beweging vanhet brugdek worden verklaard.Bij recente windtunnelopstelHngen is op eenenkele meters lange, niet-verschaalde man-telbuis, het mechanisme van rain-wind indu-ced vibration inmiddels aangetoond. Hetop-getreden fenomeen laat zich echter aan hetbegin van een ontwerpproces (nog) niet be-rekenen of beproeven. Momenteel wordt erop verschillende plaatsen (Japan,' Duits-land) fundamenteel onderzoek naar uitge"voerd. Het is op dit moment dus onmogelijkom in een windtunnel verschillende maatre-gelen ophun waarde te onderzoeken.Vermoedelijke oorzaakUit de rapportage van de onderzoekscom-missiekomt een aantal zaken naar voren.Allereerst is een verband gelegd met gelijk-soortige trillingen van tuien en hangers diezich recentelijk bij een aantal grote bruggenhebben voorgedaan bij specifieke combina-ties van regen en wind. Hetmechanisme datde tuibeweging versterkt, vindt zijn oor-sprong in hetafstromende water datzich on-der specifieke condities (windsnelheid en-richting) splitst in twee stromen over de tui-omtrek, ??n aan de onderzijde en ??n diago"naai aan de bovenzijde van de tui (fig. 2).Beide waterstromen maken periodieke tan"gentiale bewegingen, synchroon aan de ei-gentrilling van de tui. Door dit, tot dusverrenog niet rekenkundig onderbouwde mecha-nisme van 'rain-windinduced vibration',waarbij vari?rende a?rodynamische krach-ten en massatraagheidskrachten een rolspelen, komtde tui in eenbewegingmetveelgrotere amplitude en bij andere windsnelhe-den dan op basis van de zogenoemde VonKarman wervelbewegingen kan wordenvoorspeld. Het fenomeen treedt slechts opbij windrichtingen nagenoeg loodrecht ophetinclinatievlak van de tui en bij windsnel-heden die globaal liggen tussen 10 en 18mis. De bovengrens laat zich verklarendoordat bij hogere windsnelheden het aan-hangende water van de tuien wordt gebla-zen.Ten tweede speelt de oppervlaktegesteld-heid van de tui een belangrijke rol. Een be-paalde mate van oppervlakteverontreini-gingvan de gladde polyethyleen mantelbuisblijkt initi?rend te werken.Een derde aspect dat bij de Erasmusbrugmogelijk invloed heeft gehad, is de bewe"In de loop van de dag is eenonderzoeks-commissie ingesteld met als opdracht bin-nen een week te rapporteren over de oor-zaak en de te nementijdelijke maatregelen,opdat het fenomeen zich niet opnieuw zouvoordoen. Om voor dit laatste voldoende ze-kerheid te krijgen, werd besloten om detuienadditioneel, in twee fasen op een hoger ni-veau te koppelen, te weten driemaal tot eenhoogte van circa 30 m en eenmaal tot 70 m.Voor de laatste maatregel was het nodig ophet dek een kraan op te bouwen. Door deaanhoudende wind kon dit werk pas op vrij-dag8 november plaatshebben, waarna aan-sluitend op zaterdagochtend de brug weervoor alle verkeer werd vrijgegeven.CEMENT1997/1 29
Reacties