Beoordeling resonantie schuiven Reevespuisluis

In het kader van het programma Ruimte voor de Rivier wordt ten zuidwesten van Kampen het Reevecomplex gerealiseerd. Op dit moment verbindt de Roggebotsluis de dijkringen van Flevoland en de IJsseldelta en voorkomt deze hoge waterstanden op de Veluwerandmeren. Deze functie wordt in de toekomst overgenomen door het zuidelijker gelegen nieuwe Reevesluiscomplex en de nieuwe Reevedam. Het Reevecomplex bestaat uit een schutsluis, een spuisluis en een vispassage. Begin 2019 is gestart met de aanleg van de sluizen, die inmiddels de voltooiing nadert.

 

De spuisluis bestaat uit twee doorstroomopeningen met ieder twee hefschuiven. De spuirichting is van het Drontermeer richting Vossemeer dat vervolgens uitmondt in het IJsselmeer. Bij hoogwater op het IJsselmeer en Vossemeer dient de sluis als waterkering. De hefschuiven worden aangedreven door hydraulische cilinders die zijn opgehangen aan de sluiswanden.

 

Rijkswaterstaat en de opdrachtnemer wilden zeker zijn dat het schuifontwerp niet gevoelig is voor resonantie als gevolg van de interactie met de stroming. Bij het optreden van resonantie kunnen trillingen alsmaar toenemen in omvang met mogelijke schade aan de constructie als gevolg. De opdrachtnemer heeft daarom een oplossing aangedragen om de kans op resonantie te verkleinen, namelijk het plaatsen van een steunconstructie op de vloer van de spuisluis. Deze ondersteunt de schuif in het midden van de overspanning.

 

Rijkswaterstaat heeft Horvat & Partners gevraagd om een beoordeling van i) de kans op resonantie van het schuifontwerp zowel in ruststand als gedurende openen en sluiten en ii) van de effectiviteit van de voorgestelde oplossing. Han Vrijling en Orson Tieleman hebben deze beoordeling uitgevoerd. Han is technisch directeur van Horvat & Partners en voormalig hoogleraar Waterbouwkunde aan de TU Delft. Orson werkt daar naast zijn werk bij Horvat in deeltijd aan een promotieonderzoek gericht op het dynamisch gedrag van stormschuiven en sluisdeuren.

 

Voor onze analyse hebben wij eerst de resonantiefrequenties van de schuiven bepaald voor trillingen in zowel horizontale als verticale richting. Daarbij spelen niet alleen de stijfheid en massa van de schuiven en hydraulische ophanging een rol, maar ook toegevoegde massa van het water aan weerszijden van de schuif. Vervolgens hebben wij de kans op resonantie bepaald door deze resonantiefrequenties te vergelijken met de frequenties van verschillende resonantiemechanismen die bekend zijn uit de literatuur. Dat zijn: i) horizontale resonantie als door turbulentie en wervels, ii) verticale resonantie door turbulentie en wervels in ruststand en gedurende openen en sluiten, iii) resonantie door stromingsinstabiliteit en iv) zelfexcitatie. Naast de excitatie- en resonantiefrequenties hebben we ook de vormgeving aan de onderzijde van de schuif beschouwd, gezien de grote invloed daarvan op de kans van optreden van deze vormen van resonantie.

 

Op basis van onze analyse hebben wij geconstateerd dat er zonder maatregelen een onwenselijke  kans op horizontale resonantie bestaat, door de relatief lage stijfheid en grote overspanning van de schuiven in deze richting. De voorgestelde oplossing van steunconstructies in het midden van de overspanningen verhoogt de resonantiefrequentie van de schuiven aanzienlijk. Daarmee is deze oplossing naar onze verwachting effectief in het reduceren van de kans op resonantie tot een acceptabel niveau. Daarnaast hebben we aanbevelingen gedaan voor het monitoren van het trillingsgedrag van de schuiven na ingebruikname.