Denna studie av Ölandsbron omfattar två huvuddelar:
1. Mätningar av fordonens verkliga axelvikter, axelavstånd och placering i brons tvärriktning.
2. Sannolikhetsbaserad analys av kritiskt snitt.
För att få en så realistisk bild som möjligt av de trafiklaster som kan tänkas uppträda på Ölandsbron har två typer av mätningar genomförts.
1. Konventionell B-WIM mätningar 2. Sidopositionsmätningar
De konventionella B-WIM mätningarna ger information om de trafikerande fordonens axelvikter och axelavstånd. Sidopositionsmätningarna ger information om fordonens axelbredder och deras placering i tvärled på bron. Ölandsbron är delvis en balkbro vilket innebär att fordonens sidoposition har stor betydelse för snittkrafternas storlek i huvudbalkarna. Med de mätdata som finns tillgängliga är det möjligt att bestämma snittkrafter med hög precision.
Ölandsbrons geometri är komplicerad vilket innebär att det är relativt svårt att bestämma snittkrafter som genereras av de trafikerande fordonen. Med mätningarna som bas konstruerades fyra trafiklastmodeller för att modellera olika trafiksituationer som kan tänkas uppstå. För att undersöka säkerhetsnivån för brons kritiska snitt genomfördes sannolikhetsbaserade analyser av bron för samtliga trafiklastmodeller.
6.1. Mätningar
För att kunna göra en så noggrann utvärdering av trafiklasterna på Ölandsbron som möjligt genomfördes mätningar vid tre tillfällen, maj, augusti och oktober under 2007.
Varje mättillfälle hade en varaktighet på ungefär en vecka. Mätningarna genomfördes av mättekniska skäl på en mindre plattrambro och vägavsnitt i anslutning till Ölandsbron. Vid varje mättillfälle utfördes två typer av mätningar, B-WIM och sido-positionsmätningar.
Totalt för alla tre mättillfällena registrerade B-WIM systemet ca. 9600 tunga fordon.
De slutsatser som kan dras från dessa mätningar är:
1. Fordonens medellängd är oberoende av mätperiod.
2. Fordonens medeltotalvikt är oberoende av mätperiod.
3. Andelen av olika fordonstyper är lika för mätperioderna maj och augusti. I oktober registrerades en något större andel fordon med många axlar.
4. Fordonens totalvikt är oberoende av vilken fil de trafikerar.
Med slutsatserna 1-3 vill författarna visa att det är samma trafik som färdas på Ölandsbron oberoende av årstid. Det stämmer väl i alla avseende utom att andelen
Detta faktum kan troligen relateras till att det är skördetid. Skördarna på Öland är stora och skall transporteras långt. Det innebär att det är ekonomiskt fördelaktigt att använda fordon med hög lastkapacitet. Att fordonens totalvikt var oberoende av vilken fil de färdas i var inte väntat. Men med lite eftertanke så är det inte ovanligt att två tunga fordon kör om varandra, vilket kan leda till höga laster på bron. Utifrån ovan nämnda slutsatser anser författarna att det är rimligt att betrakta hela datamaterialet som en enhet, dvs slå samman alla tunga fordon från de tre mätperioderna. Ett större antal mätdata förbättrar precisionen vid i extrapolering av extrema snittkrafter.
Denna operation hade varit helt klanderfri om det inte hade varit för att andelarna fordon med många axlar är större i oktober än för övriga mätperioder. Dock är det ett antagande på säkra sidan eftersom att intensiteten av fordon med många axlar kommer att överskattas något. En annan mycket intressant slutsats från mätningarna är att den tunga trafiken på Ölandsbron har samma andelar fordonstyper som BK 1 trafiken i övriga Sverige, se Carlsson (2006).
Sidopositionsmätningarna innehåller information om både personbilar och lastbilar. I Carlsson (2006) visades det att det är endast lastbilar med 5-8 axlar som ger upphov till extrema snittkrafter i broar. Av den anledningen delades datamaterialet upp i tre grupper, personbilar, lastbilar med 2-4 axlar och lastbilar med 5-8 axlar. Från sidopositionsmätningarna drogs följande slutsatser:
1. Medelbredden, dvs avståndet mellan centrum för däcken på en axel, för person-bilar och lastperson-bilar med 5-8 axlar är 1,65 respektive 2,3 m. För lastperson-bilar med 2-4 axlar finns det två typer. Den ena lastbilstypen har medelbredden 1,8 m och den andra 2,3 m. Andelarna av respektive lastbilstyp är relativt lika.
2. Andelen tung trafik på Ölandsbron är ca. 5 % vilket är lägre än normalt som är ca. 10 %.
3. I västlig riktning färdas 90 % av den tunga trafiken i ytterfilen och 10 % i innerfilen. Motsvarande siffror i östlig riktning är 30 respektive 70 %. I detta fall är fördelningen av tung trafik i västlig riktning att anse som normalt.
Anledningen till de märkliga siffrorna i västlig riktning beror på att mätplatsen är illa vald. Precis efter mätplatsen delar vägen upp sig, en väg leder in till Kalmar och den andra mot E22 och Stockholm. Det innebär att fordonen positionerat sig för sitt framtida färdmål innan de passerar mätplatsen.
4. Mätningarna visar att fordon inte färdas centralt i filerna, utan att de har en tydlig tendens att färdas närmare bronmitt. Om detta är ett generellt beteende är svårt att uttala sig om men det känns rimligt rent psykologiskt, man vill inte köra för nära brons ytterkant och räcke.
I Vägverket (1998) varierar typfordonens bredd mellan 1,7 till 2,3 m och i många fall för att bestämma de gränssättande snittkrafterna placeras typfordonen så nära kanten som möjligt. Mätningarna har visat att normen är konservativ i två hänseenden. (1) fordonen kör inte nära kanten och (2), de riktigt tunga fordonen har en axelbredd på ca. 2,3 m.
Sammanfattningsvis är mätningarna av god kvalitet och innehåller ett tillräckligt antal tunga fordon för att kunna bestämma de extrema trafiklaster som kan tänkas uppträda på bron. En nackdel med mätningarna är att det inte har varit möjligt att länka samman mätdata från de två olika mätsystemen.
6.2. Sannolikhetsbaserad klassning av Ölandsbron
Ordinär klassning av Ölandsbron visar att ett kritiskt snitt är beläget på lågbrodelen, där huvudbalkarnas momentkapacitet i fält är gränssättande. Det beror på att en stor del av balkens underkantsarmering är skarvad i detta snitt. Lågbrodelen är uppbyggd av kontinuerliga broar med 16 fack. Varje fack har en spännvidd på ca. 35 m.
Ölandsbron är uppdelad i fyra filer, två i östlig och två i västlig riktning. På grund av komplexiteten i Ölandsbrons geometri är det inte enkelt att statistiskt modellera trafiklasten och det låter sig inte göras med en enda modell. Därför studeras momentet i det kritiska snittet för fyra olika trafiksituationer. De studerade trafiksituationerna är:
1. Ett ensamt tungt fordon
2. En omkörning mellan två tunga fordon 3. En karavan av tunga fordon
4. En fordonskö
Samtliga trafiksituationer analyseras med sannolikhetsbaserade metoder och samtliga gav säkerhetsindex klart över 4,75, vilket innebär att för rådande trafiklast är brons säkerhetsnivå tillfredställande. Ett säkerhetsindex på 4,75 motsvarar formellt samma säkerhetsnivå som fås då en bro kontrolleras deterministiskt i säkerhetsklass 3.
Ägaren, i detta fall Vägverket, är intresserad av att öka tillåten boggilast på bron. I rapporten beskrivs en metod för probabilistiskt beräkna tillåten boggilast. Metoden baseras på den aktuella trafiklasten på bron. En sådan analys visar att brons huvudbalkar klarar att boggilasten ökas med 27 %, dvs. till 229 kN.
I rapporten redovisas även en probabilistisk metod för att hantera dispensfordon.
Metoden baseras på de typfordon som finns redovisade i Vägverket (1998). I korthet kan metoden beskrivas enligt följande: det gränssättande fordonet placeras i den farligaste positionen och boggilasten ökas tills att säkerhetsindex är lika med det önskade, i detta fall β=4,75. Denna analys gav att bron klarar en boogielast på 245 kN.
Den ordinära klassningen gav en tillåten boggilast på 185 kN.
Att de sannolikhetsbaserade analyserna ger högre kapacitet beror på att den är mindre konservativ. Både den ordinära och sannolikhetsbaserade analyserna bygger på elasticitetsteori, skulle plasticitetsteori utnyttjats skulle man förmodligen kunna höja tillåten boggilast ytterliggare, se Carlsson et. al. (2008).
6.3. Förslag till fortsatt arbete
Detta projekt har visat att det är mycket gynnsamt att kombinera mätningar med sannolikhetsbaserade analyser för befintliga broar. Givetvis är det kostsamt att utföra mätningar. Men för broar med stora ekonomiska värden tror författarna att det ändå är ekonomiskt försvarbart. Som led i detta projekt har författarna formulerat behovet av fortsatt arbete enligt nedan:
6.3.1. Fortsatt mätning av verklig trafik på Ölandsbron
För att kunna göra noggranna modeller av den verkliga trafiken krävs mera statistisk information om trafikens sammansättning samt fordonen axelvikter och placering i brons tvärriktning. Det föreslås därför här att utföra ytterligare 2-3 veckors mätningar och att de nya sidopositionsmätningarna ska om möjligt göras på själva Ölandsbron.
6.3.2. Mätning av verklig trafik i övriga landet
Mätningar liknande de från Ölandsbron bör genomföras i anslutning till andra intressanta broar i landet. Resultaten kan användas för att ta fram generella trafiklast-modeller för probabilistisk klassningsberäkning.
6.3.3. Mätning av trafiklasteffekter på Ölandsbron
I samband med nya trafikmätningar enligt punkt 6.3.1 bör instrumentering göras av Ölandsbrons huvudbalkar vid kritiska snitt. De uppmätta töjningar/spänningar kan därefter jämföras och kopplas till passerande fordon/fordonsköer mm. Med resultatens hjälp kan vi verifiera klassningsberäkningen och de analyser som redovisas i denna rapport.
Det ska även vara möjlig att från dessa töjningsmätningar kunna uttala sig om storleken på dynamiska tillskott (dvs. information om verklig dynamisk faktor för olika fordon). Det är här också möjligt att komplettera med en enkel webbkamera som tar bilder på trafiken (och trafiksituationer) då töjningar överstiger/understiger satta gränser.
Instrumenteringen av bron kan också utnyttjas för långtidsövervakning av brons hälsa och tillstånd (eller ändring i tillståndet).
6.3.4. Förbättring av mätmetoder
I dag används två skilda mätsystem; ett för i huvudsak mäta sidopositioner och ett för i huvudsak mäta axelvikter. Som nämnts tidigare i rapporten har kopplingen (synkronisering) inte varit möjlig. Därmed kan vi inte säga var i sidled enskilda tunga fordon kör. Dessutom klassas fordon olika i dessa system. Systemet Metor behöver för övrigt uppdateras eftersom fordonsklassificering i Metor är omodern (t.ex. fordon med fler än 7 axlar inte kommer med på rätt sätt).
Det bedöms därför viktigt att vidareutveckla ett system för att båda kunna mäta axel-vikter och sidopositioner. Förslagsvis bör B-WIM systemet algoritmer utvecklas, kompletteras och testas för ändamålet.