Echtzeitgeregelte Massendaempfer fuer Wolgograd-Bruecke / Real-time controlled tuned mass dampers for Wolgograd Bridge

Die im Oktober 2009 in Betrieb genommene, circa 7,1 Kilometer lange Wolgograd-Bruecke in Russland musste schon im Mai 2010 wegen windinduzierter Schwingungen mit Amplituden bis zu 40 Zentimetern gesperrt werden. Es werden die danach vorgenommenen Massnahmen zur Schwingungsdaempfung behandelt. Filmaufnahmen zeigten, dass sehr wahrscheinlich vom Wind angefachte Torsionsschwingungen die vertikale Biegeschwingung angeregt hat. Nachdem numerische Analysen ergaben, dass das Bauwerk bei verschiedenen Resonanzfrequenzen schwingungsanfaellig ist, entschied sich der Bauherr fuer den Einbau eines neu entwickelten adaptiven Massendaempfers (A-TMD). Dieser Daempfer wird in seinem Aufbau, der Wirkungsweise und hinsichtlich der grundlegenden Regelstrategie sowie der Entwicklung eines Prototyps des Daempfers zur Anwendung bei einer Testbruecke beschrieben. Dazu gehoert auch die Beschreibung des Pruefstands und die Darstellung zugehoeriger Themenkreise wie Resonanzfrequenzen, Vergleichs-Massendaempfer, Regelhardware, Regelkreis und Messdatenerfassung. Ebenso erfolgt eine Beschreibung des Regelalgorithmus mit Ausfuehrungen zu den Sollwerten der Daempfungskraft, Steifigkeitskraft, totalen MR-Daempfungskraft und der Kraftregelung im MR-Daempfer. Bei dem neu entwickelten A-TMD wird der passive Oeldaempfer eines TMD durch einen regelbaren magnetorheologischen MR-Daempfer ersetzt. Frequenz und Daempfung des Daempfers werden in Echtzeit an die jeweils aktuelle dominante Schwingungsfrequenz der Bruecke angepasst. Die Leistungsfaehigkeit des neuen Daempfers wurde durch verschiedene Untersuchungen an unterschiedlich schweren Bruecken verifiziert. Die dynamischen Berechnungen und Windkanalversuche fuer die Wolgograd-Bruecke zeigten, dass die Bruecke bezueglich vertikaler Biegeschwingungen bei Frequenzen von 0,45 Hertz, 0,57 Hertz und 0,68 Hertz schwingungsanfaellig ist. Entsprechend den fuer das Bauwerk ermittelten Eigenfrequenzen, modalen Massen und Feldern mit maximalen Amplituden wurden die A-TMD anhand eines dynamischen Modells ausgelegt. Das Konzept zur Anbringung und zum Betrieb der Daempfer wird dargestellt. Dabei wird insbesondere eingegangen auf die konstruktiven Aspekte, die Programmierung mittels einer speziellen Simulation, durchgefuehrte Tests und die Qualitaetssicherung. Im Oktober 2011 erfolgte der Einbau der zwoelf A-TMD in die Wolgograd-Bruecke. Abschlusstests und die elektronische Ueberwachung zeigten, dass das System ausfallfrei funktioniert und keine unzulaessigen Schwingungen auftraten. ABSTRACT IN ENGLISH: In May 2010, the Wolgograd Bridge underwent wind-induced bending vibrations with estimated amplitudes of up to 40 cm. Since November 2011, the Wolgograd Bridge is mitigated by adaptive tuned mass dampers whose frequency and damping are adjusted to the actual frequency of vibration in real-time by controlled MR dampers. This concept mitigates the bridge in the worst case similarly to and in all other cases better than passive tuned mass dampers. This improvement is achieved by approximately half the mass damper mass compared to passive tuned mass dampers which is a desirable feature for the bridge construction type. (A)