Dynamische Berechnung von Eisenbahnbrücken: Untersuchung verschiedener Ansätze für das Moving Load Model

Abstract

Zur Simulation von Zugfahrten über Eisenbahnbrücken kommen verschiedene Lastmodelle zur Anwendung. In Hinblick auf die Komplexität des Berechnungsaufwandes unterscheiden sich diese maßgeblich voneinander. Ebenso weicht die Antwort des Tragwerks, in Bezug auf die Vertikalbeschleunigung und Resonanzgeschwindigkeit, je nach Detaillierungsgrad der Berechnung der Zugüberfahrt, voneinander ab. In dieser Arbeit werden zwei Lastmodelle zur Beschreibung von Zugfahrten über Brücken gegenübergestellt. Zum einen ein einfaches analytisches Modell als eine Abfolge von Einzelkräften, zum anderen das komplexere Modell als Mehrkörpersystem, welches die reale Schwingungsantwort von Brückentragwerken genauer abbildet. Der Hauptteil widmet sich der Variation der Eingangsdaten der Berechnung der Überfahrten des einfachen Rechenmodells. So werden die geometrischen und physikalischen Kennwerte der Züge mit dem Ziel, alternative Berechnungsansätze zu bilden, herangezogen bzw. verändert. Einerseits wird dem Brückentragwerk eine zusätzliche Masse aufgeschlagen, andererseits werden die Achslasten der Folge von Einzelkräften abgemindert. Ziel ist es, eine sichere Näherung zum komplexen Mehrkörpersystem zu erreichen. Da durch diese Herangehensweise nur Näherungen für einzelne Tragwerke erreicht werden können, wird zum Abschluss der Arbeit der exakte Differenzvektor zwischen den Ansätzen ermittelt. Somit wird sichtbar, wie die Masse und Dämpfung in Abhängigkeit der Brückenlänge und des Zugtyps in der Berechnung des einfacheren Modells adaptiert werden muss, um die Lösung des detaillierten Berechnungsmodells zu erreichen.

Numerous live load models are used in order to simulate train rides over railway bridges. These vary considerably in their computational expense. As far as vertical acceleration and resonance speed are concerned, the response of the supporting framework differs depending on the level of detail that is used to calculate the train crossing. The aim of this thesis is to compare and contrast two live load models regarding train rides over railway bridges: on the one hand, a plain analytic model as a sequence of single forces and on the other hand, a rather complex model as a multibody system. The latter depicts a real vibration response of the bridge support structure in greater detail. The main body of this thesis is concerned with the variation of incoming data of the plainer calculation model. In order to illustrate alternative calculation methods, geometric and physical parameters of trains are followed and changed. While additional mass is added to the bridge support structure, axle loads of the single forces are diminished. A reasonable approximation to the complex multibody system shall be provided. Through this approach, approximations can only be given for particular support structures. Hence, the exact differential vector between the approaches shall be identified in this paper. Furthermore, light will be shed on the adaptation of mass and damping ratio within the plainer calculation model, depending on the length of the bridge and the type of train, in order to come to the same conclusion as the more detailed calculation model.