Finite-Elemente Modellierung des Kontaktproblems eines Dämpfungssystems für Schrägkabel

Abstract

Schrägkabelbrücken werden weltweit seit Jahrzehnten erfolgreich gebaut und angewendet. Spannweiten von über 1000 m machen sie zu imposanten Ingenieurbauwerken. Durch diese Abmessungen in Kombination mit dem Bau an exponierten Lagen sind diese Brücken enormen Windkräften ausgesetzt. Um eine ordnungsgemäße Nutzung sicherzustellen, muss der planende Brückeningenieur durch moderne Strukturanalyse ein funktionierendes System schaffen. Ein wichtiger Punkt dabei ist die Dämpfung der Schrägkabel, um den windinduzierten Ausschlag auf ein Minimum zu reduzieren. Am Institut für Tragkonstruktionen der Technischen Universität Wien wurde ein neuartiges Dämpfungssystem für Schrägkabel entwickelt. Im Gegensatz zu vielen konventionellen Systemen ist es gänzlich verborgen und weist auch große wirtschaftliche Vorteile auf. Das Dämpfungssystem wird durch eine lose in einem PE-Rohr angeordnete Litze realisiert. Das Rohr ist im Inneren des Kabels integriert. Bei einem Ausschlag des Kabels erzeugt die Litze durch ihre Trägheit einen Einschlag auf das Rohr. Durch diese gegengleichen Impulse wird das Kabel gedämpft. Der Aufbau und die Wirkung der Dämpfung werden mittels numerischer Analyse im Rahmen dieser Diplomarbeit untersucht. Bei den numerischen Simulationen ging es darum, ein geeignetes mechanisches Modell und einen Lösungsansatz für die numerische Integration zu finden. Ziel ist es, einen Beitrag zur zukünftigen Anwendung zu leisten.

Cable-stayed bridges have been built and used successfully worldwide for decades and with spans of about 1000 m. They are impressive structures. The impacts of high winds have to be considered due to these dimensions and the exposed locations of the bridges. To ensure proper use, the structural system of a cable-stayed bridge must be analysed by a modern analysis tool. An important point is the reduction of the wind-induced cable vibration by damping. At the Institute for Structural Engineering at the Vienna University of Technology, a new damping system has been developed. Compared to many conventional systems, it is completely hidden and has considerable economic benefits. The system is realized by a strand loosely arranged in a polyethene pipe. The pipe is integrated in the interior of the cable. Due to the inertia, the strand impacts on the inside of the pipe in the case of a deflection of the cable. These impacts damp the cable. The cable and the effect of the impact damping system are investigated by the use of numerical analysis in the context of this master thesis. For the numerical simulations, a suitable mechanical model and an appropriate solver for the numerical integration has been studied. The aim of the thesis is to contribute to a future application of the new damping system.