Anna KUISLE

Numerische Studie zum Einfluss zufälliger Gleisunebenheiten auf die Dynamik einfacher Eisenbahnbrücken

In dieser Masterarbeit wird die Auswirkung von Gleisunregelmäßigkeiten in der Berechnung der Schwingungsantwort von Eisenbahnbrücken untersucht. Dabei werden die Ergebnisse von numerischen Parameterstudien mit den Bemessungsvorschlägen der gängigen Norm verglichen. Als Brückenmodell dient ein Bernoulli-Euler-Balken, und die Belastung durch den überfahrenden Hochgeschwindigkeitszug wird über verschiedene Mehrkörpermodelle abgebildet. Die Unebenheiten des Schienenkörpers werden durch Unregelmäßigkeitsprofile, welche mit Hilfe von stationären stochastischen Prozessen generiert werden, beschrieben. Mit der Substrukturtechnik werden diese drei Komponenten zu einem Gesamtmodell zusammengesetzt. Die Bewegungsgleichungen des gekoppelten Systems werden mit numerischen Methoden gelöst. Die betrachteten Antwortgrößen sind die maximale Beschleunigung und Durchbiegung der untersuchten Eisenbahnbrücken, dargestellt in spektraler Form als Funktion der Überfahrtsgeschwindigkeit des Zuges. Nach Vergleich dieser Ergebnisse mit den Referenzantworten, gewonnen aus dynamischen Berechnungen am Gleiskörper in perfekter Lage, werden statistische Aussagen über den Einfluss der Gleisunregelmäßigkeiten getroffen. Im Gegensatz zur Rechnung am idealen Gleiskörper, welcher deterministischer Natur ist, liefert eine Berechnung unter Berücksichtigung von Unregelmäßigkeiten nur statistische Parameter wie Mittelwert und Standardabweichung zur Beschreibung der Schwingungsantwort. Es werden in Monte-Carlo-Simulationen Modelle mit unterschiedlichen Profilen verwendet um zu diesen statistischen Antwortgrößen zu gelangen. Um den Rechenaufwand möglichst gering zu halten, wird eine Konvergenzanalyse zur Anzahl der bei einer Berechnung zu berücksichtigenden Unregelmäßigkeitsprofile durchgeführt. Auf Grundlage dieser Erkenntnisse wird dann der Einfluss von Parametern des Brückentragwerks, der Unregelmäßigkeitsprofile und der Züge auf die maximale Brückenantwort untersucht. Die Art des Leistungsdichtenspektrums und die Größe des Wellenlängenbereichs werden bei der Erstellung der Unebenheitsprofile variiert. Zur Modellierung des überfahrenden Zuges erfolgt eine Studie zum Einfluss der Feinheit des mechanischen Zugmodells und zur Art des Zuges. Eine Variation der Brückenspannweite, Grundfrequenz, Dämpfung und Masse liefert einen guten Überblick der Ergebnisse der Überhöhungsfaktoren. Diese werden als Grundlage für einen Vergleich mit der Norm herangezogen. 

 

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