Julia Bliem

Numerische Studie zur Boden-Bauwerksinteraktion von Eisenbahnbrücken anhand einfacher mechanischer Modelle

Im Rahmen dieser Masterarbeit wird der Einfluss der Boden-Bauwerksinteraktion von Eisenbahnbrücken auf deren dynamische Schwingungsantwort bei der Überfahrt von Hochgeschwindigkeitszügen untersucht und der Einfluss verschiedener Parameter darauf beurteilt. Es erfolgt eine ganzheitliche Betrachtung des dynamischen Interaktionssystems mit seinen wesentlichen Komponenten Zug, Gleis, Brücke und Boden. Die Parameterstudie zur Boden-Bauwerksinteraktion wird für Brücken aus Stahlbeton und Stahl zu unterschiedlichen Spannweiten, sowie für einen variierenden Steifemodul des Bodens und eine variierende Bettungssteifigkeit des Gleises durchgeführt. Für den Zug werden zwei verschiedene Modelle herangezogen, deren dynamische Einwirkung auf das Tragwerk zu unterschiedlichen Geschwindigkeiten erfolgt. Die Grundlage für die Berechnung bildet ein vereinfachtes mechanisches Modell, welches alle notwendigen Parameter der realen Problemstellung beinhaltet. Mithilfe des numerisch effizienten Berechnungsmodells von König et al. (2021) kann die dynamische Schwingungsantwort von Brücken bei einer Zugüberfahrt unter Einfluss unterschiedlicher Parameter untersucht werden. Die ersten Berechnungen werden im Rahmen einer Vorstudie durchgeführt. In dieser ersten Studie wird das Interaktionssystem bestehend aus Brücke und Boden für die Berechnung betrachtet und dabei die modalen Parameter, äquivalente Dämpfungskoeffizienten und Eigenfrequenzen des Brücke-Boden Interaktionsmodells bestimmt. Die Ergebnisse der Vorstudie sollen eine Abhängigkeit der Dämpfung und der Eigenfrequenz von der Spannweite der Brücke, dem Steifemodul des Bodens und dem verwendeten Baustoff aufzeigen und den Einfluss der Fundamentmasse veranschaulichen. Im Anschluss an die Vorstudie werden anhand des Berechnungsmodells von König et al. (2021) umfangreiche Parametervariationen durchgeführt. Dabei wird nun nicht mehr nur die Interaktion von Brücke und Boden berücksichtigt, sondern das Interaktionssystem Zug, Gleis, Brücke und Boden für die Berechnungen herangezogen. Die dynamische Beanspruchung des Tragwerks erfolgt durch eine Zugüberfahrt zu unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Die dadurch auftretende dynamische Schwingungsantwort der Brücke wird anhand eines Einzellastmodells (SLM) und eines Masse-Feder-Dämpfer Modells (MSD) des Zuges genauer untersucht. In einem weiteren Schritt wird auf den Einfluss der Bettungssteifigkeit des Gleises eingegangen. Die Beurteilung der mit diesen Berechnungsmodellen gewonnenen Ergebnisse erfolgt in Hinblick auf die dynamische Durchbiegung und Beschleunigung der Brückentragwerke in Form von Antwortspektren. Mit Hilfe dieser gewonnenen Ergebnisse aus der Parameterstudie kann eine genauere Aussage über das Antwortverhalten von Brücken unter dynamischer Belastung getroffen werden.

Nach oben scrollen