Omtrent en tredjedel av alle bruer på det norske jernbanenettet er stålbruer bygget før 1960, og mer enn 80 prosent av alle brudd i stålkonstruksjoner oppstår på grunn av utmatting.

Å beregne historisk utmattingsskade er derfor nødvendig for levetidsberegninger på eldre bruer i stål.

– Det er svært viktig at vi unngår brukollaps. Utfordringen med utmattingsberegninger på eldre jernbanebruer er at vi ikke nødvendigvis har så mye data om den historiske belastningen. Vi vet riktig nok noe – om hva slags tog som har kjørt på bruene og hvilke tidsrom de kjørte i, og dette danner grunnlaget for lastmodeller som kan benyttes i beregningene, forklarer Ane Bræin Skagestad, forfatter av masteroppgaven og bruingeniør i COWI.

Oppgaven "Evaluation of the Consistent Load Model for Norwegian Railway Bridges Subjected to Fatigue Considering Track Curvature and Non-Standard Influence Lines" er skrevet sammen med Ingvild Sørbel, og hevder at tidligere lastmodeller for utmattingsberegninger ikke er konsistente i hva slags elementer de tilegner mest skade.

Elegant løsning

Juryen skriver at de ble imponert over de samfunnsnyttige, miljøvennlige og økonomiske aspektene ved oppgaven:

"Sikre, effektive og miljøvennlige transportløsninger er avgjørende for en bærekraftig samfunnsutvikling. En betydelig andel av det norske jernbanenettet har høy alder, med et stort behov for sikker forvaltning, vedlikehold og nybygging. (…) I sitt arbeid med masteroppgaven avdekket prisvinnerne et vesentlig problem ved lastmodellering av tog for utmattingsanalyser av jernbanebruer i stål som tidligere ikke er beskrevet i forskningslitteraturen. De kom opp med en elegant og effektiv løsning på problemet, som også overholder andre essensielle krav."

Prisen deles årlig ut på vegne av Jernbanedirektoratet. Skagestad forklarer nærmere variasjonene i de ulike lastmodellene:

– Det kan være mange ulike variasjoner i modellene, enten det er i vogntyper, aksler, antall passeringer og ikke minst fart. I 2019 ble det introdusert en ny lastmodell, utviklet av to professorer ved NTNU. Målet med denne modellen var at den skulle være mer konsistent enn tidligere lastmodeller, i tillegg til å være konservativ og enkel å bruke. Vi undersøkte denne modellen, og hvor vidt den møter de tre ønskede kriteriene, sier Skagestad.

50 ganger mer konservativ

Prisen for beste masteroppgave deles ut av Næringslivsringen i Trondheim på den årlige Bygg- og miljødagen på NTNU.

Oppgaven sammenlignet den nye lastmodellen fra 2019 med en tidligere modell, benyttet av Bane NOR i forbindelse med undersøkelser av jernbanebruer bygget før 1930.

– Vi så at den nye lastmodellen var opptil 50 ganger mer konservativ enn den Bane NOR brukte i sine beregninger. Skadeverdiene indikerte at bruene skulle ha kollapset for lengst. Ettersom dette ikke er tilfellet kan lastmodellen anses konservativ, men med urealistiske høye skadeverdier.

– Vi fant også ut at kurvatur på sporene og antatt hastighet på togene har mye å si for hvor konsistent lastmodellen er. Siste halvdel av oppgaven undersøker dette videre, og vi kom frem til et alternativ som ga gode resultater både for bruer med og uten sporkurvatur.

Skagestad og Sørbel er glade for prisen og sender nå stafettpinnen videre for utvikling av modellene.

–   Det at Næringslivsringen plukket oss ut synes vi var veldig gøy og utrolig hyggelig. Vi fant både styrker og svakheter ved den nye modellen, og håper resultatene våre kan bidra i videre utvikling i fremtiden, avslutter Skagestad.