Eigenschaften von Stabbogenbruecken bei dynamischer Anregung und abgestimmte Ermuedungslastmodelle / Characteristics of steel bowstring bridges under dynamic excitation and tuned fatigue load models (2014)

Behandelt wird die Analyse und die Berechnung von Stabbogenbruecken mit freistehenden Stabboegen bei dynamischer Anregung durch Fahrzeugueberfahrten. Das lange Nachschwingen der Konstruktion bewirkt eine grosse Ermuedungsbeanspruchung in den Boegen und den angrenzenden Bauteilen. Beschrieben wird das Tragverhalten der Boegen. Fuer die Berechnung mit Differenzialgleichungen laesst sich der Bogen als Einzelbauteil mit entsprechenden Lagerungsbedingungen herausloesen. Die Lastimpulse in den Boegen entstehen durch Ueberfahren der Endquertraeger, welche die beiden Boegen der Bruecke verbinden. Durch die Verbindung der Boegen mit den Endquertraeger entstehen gekoppelte gleichlaeufige und gegenlaeufige Eigenformen der Bogenschwingungen. Wird die Bruecke dynamisch angeregt, stellt sich eine Energiewanderung im System ein. Es hat sich gezeigt, dass mit dem Ansatz des vierachsigen Fahrzeugs des Ermuedungslastmodells 3 (ELM3) der DIN EN 1991-2 die dynamischen Einwirkungen auf die Boegen nur angenaehert bestimmt werden koennen. Daher werden zwei verbesserte Ermuedungslastmodelle (ELM3a und ELM3b) auf der Basis des ELM3 vorgestellt. Das einfachere Ermuedungslastmodell ELM3a nimmt eine kurze Impulsdauer bei variablem Abstand der Doppelachsen des ELM3 und eine variable Geschwindigkeit an, wodurch die Boegen zu Resonanzschwingungen angeregt werden. Das genauere Ermuedungslastmodell ELM3b verwendet reale Lastimpulse, die man aus der Einflusslinie herleitet. Alle fuer die Berechnung erforderlichen Gleichungen werden angegeben. Die Anwendung der verbesserten Ermuedungslastmodelle wird am Beispiel der Niedersachsenbruecke Tostedt vorgestellt. Fuer dieses Bauwerk werden die Spannungs- und Verformungs-Verlaeufe mit dem ELM3b ermittelt. Ausserdem erfolgt ein Ermuedungsnachweis fuer den Bogenfusspunkt sowohl mit dem ELM3a als auch mit dem ELM3b. Die Berechnungen zeigen, dass die Ermuedungsnachweise fuer die Bogenfusspunkte bei Ansatz von ELM3a/ELM3b nicht erfuellt sind. Wird das in den Normen verankerte ELM3 angewendet, so sind alle Nachweise erfuellt. Das ist darauf zurueckzufuehren, dass das ELM3 die Resonanz nicht mit erfasst. Die Anwendung der angepassten Ermuedungslastmodelle ELM3a und ELM3b beschraenkt sich auf schwingungsanfaellige Bauteile. ABSTRACT IN ENGLISH: Lateral arch vibrations, resulting from crossing vehicles, are frequently observed at existing steel bowstring bridges. The long post oscillation induces a large fatigue load for the arch and the adjacent construction components. Also, it feels uncomfortable to persons on the bridge. This problem always occurs at the same, widespread steel bowstring bridge type. Hence, the dynamic behavior of the lateral arch vibration is analyzed here. Therefore, the arch is extracted from the bridge system and its differential equation is examined. Moreover, the energy flow is considered, which arises especially between the two arches. Also, two tuned fatigue load models are proposed for the vibration susceptible arch. Adjustable distance between axles and adjustable speed of vehicles are introduced for these to excite lateral arch vibrations. (A)