Dynamische Analyse einer zweigleisigen Eisenbahnbrücke mit getrennten Tragwerken und gemeinsamem Schotterbett

Abstract

Diese Arbeit befasst sich mit der dynamischen Analyse einer zweigleisigen Eisenbahnbrücke der Tiroler Unterinntalstrecke. Das Tragwerk der Brücke bilden zwei getrennte Grobblechplatten. Die Besonderheit des Tragsystems ist ein gemeinsames Schotterbett über den beiden Tragplatten. Es kommt somit zu einer Kopplung der Platten, die auf die dynamischen Eigenschaften großen Einfluss nimmt. Aufgrund der vergleichsweise kurzen Stützweite der Brücke muss eine dynamische Berechnung des Tragwerks erfolgen. Grundlegend ist dabei die Einhaltung der maximalen Beschleunigungen und Durchbiegungen infolge von Zugsüberfahrten mit der vorgegebenen Entwurfsgeschwindigkeit. Dabei kann es bei bestimmten Geschwindigkeiten zu Resonanzproblemen kommen. In diesem Fall stellt die Brückendämpfung einen entscheidenden Faktor für die realitätsnahe Berechnung der Beschleunigungen dar. Bei einer bereits durchgeführten dynamischen Simulation des Brückentragwerks kam es zur Überschreitung der maximal zulässigen Beschleunigung. Es wurden daher zur Überprüfung zwei Messungen des Tragwerks veranlasst. Diese Messungen kamen auf sehr unterschiedliche Ergebnisse der Eigenfrequenzen und Dämpfungen. Es wird daher in dieser Arbeit eine Parameterstudie des Brückentragwerks durchgeführt. Dabei werden in Finite Elemente Modelle unterschiedliche Parameter modelliert und die Auswirkungen auf die Eigenfrequenzen analysiert. Aufgrund der Diskrepanz der durchgeführten Messungen wurden zwei weitere Messungen durchgeführt. Eine dieser Messungen wird im Zuge dieser Arbeit ausgewertet. Die Ergebnisse der Auswertungen stellen dabei Werte für die Eigenfrequenzen und der Dämpfungen sowie der Eigenformen dar. Durch einen Vergleich der ausgewerteten Messung mit den Messberichten der im Vorhinein durchgeführten Messungen werden Gründe für die Diskrepanz angeführt. Im letzten Teil werden die Erkenntnisse der Sensitivitätsstudie mit den Messauswertungen zusammen geführt und eine Parametervalidierung des FE Modells durchgeführt. Es wird ein Modell erstellt, mit dem die Messergebnisse gut abgebildet werden können.

This thesis deals with the dynamic analysis of a certain railway bridge in Tyrol. The structure of the bridge is formed by two separate steel plates. The peculiarity is the common ballast bed on the plates. The plates are thus coupled, which has a great influence on the dynamic properties. Due to the comparatively short span of the bridge, the structure must be dynamically calculated. It is essential to comply with the maximum accelerations and deflections as a result of simulated train crossings at the specified design speed. This can lead to resonance problems at certain speeds. In this case, the bridge damping is a decisive factor for the correct calculation of the accelerations. A dynamic simulation of the bridge structure that was already carried out exceeded the maximum permitted acceleration. Two measurements of the structure were therefore carried out to check the structure. These measurements came up with very different results of the natural frequencies and damping. Therefore, a parameter study of the bridge structure is discussed in this work. Different parameters are modeled in finite element models and the effects on the natural frequencies are analyzed. Due to the discrepancy between the previous measurements, two further measurements were carried out. One of these measurements is evaluated in the course of this work. The results of the evaluations represent values for the natural frequencies and the damping as well as the natural shapes. By comparing the evaluated measurement with the existing measurement reports, reasons for the discrepancy are given. In the last part, the findings of the sensitivity study are combined with the measurement evaluations and a parameter validation of the FE model is carried out. A model is created with which the measurement results can be recalculated well.