Title: EDV-gestützte Ermittlung von Schadensäquivalenzbeiwerten λ für den Ermüdungsnachweis von Eisenbahnbrücken
Language: Deutsch
Authors: Tukhbatullin, Rinat 
Qualification level: Diploma
Advisor: Aigner, Francesco 
Issue Date: 2021
Number of Pages: 112
Qualification level: Diploma
Abstract: 
Durch die Anwendung von Schadensäquivalenzfaktoren kann der Ermüdungsnachweis von stählernen Bauteilen von Eisenbahnbrücken auf die für den Tragsicherheitsnachweis und Gebrauchstauglichkeitsnachweis ohnehin zu ermittelnden Schnittgrößen infolge des Lastmodells 71 zurückgeführt werden. Durch diese (in ÖNORM EN 1993-2:2010 als „vereinfachtes Verfahren“ bezeichnete) Art der Berechnung werden die rechenintensiven Berechnungsschritte vorweggenommen, sodass sich für den Anwender ein sehr einfaches Nachweisformat ergibt. Die Schadensäquivalenzfaktoren ergeben sich als Produkt von vier Einzelfaktoren 1 bis 4. Die Faktoren 2 bis 4 dienen der Anpassung an andere als die Standardsituationen hinsichtlich des Betriebs und es sind einfache Näherungsformeln angegeben. Am kompliziertesten ist die Ermittlung der betriebszugabhängigen (beziehungsweise zugmischungsabhängigen) und stützweitenabhängigen Spannweiten-beiwerte 1. Spannweitenbeiwerte finden sich für einige der in Anhang D der ÖNORM EN 1991-2:2012 festgelegten Einzelzüge und für die drei am gleichen Ort festgelegten Verkehrs-mischungen (Regelverkehr mit Achslast ≤ 22,5 t [„EC-Mix“], Schwerverkehr mit Achslast ≤ 25 t [„25 t-Mix“], Nahverkehr mit Achslasten ≤ 22,5 t) in den einschlägigen Normen (ÖNORM EN 1993-2:2010 für die Planung und Bemessung von Stahlbrücken, ÖNORM B 4008-2:2019 für die Nachrechnung bestehender Brücken). (Umfangreichere Tabellen finden sich in der zurückgezogenen ENV 1993-2:1998). Diese Spannweitenbeiwerte 1 gelten für Momente in Feldmitte eines Einfeldträgers und normierte trilineare Wöhlerlinien nach ÖNORM EN 1993-1-9:2013, für 25 108 t Gesamttonnage während der betrachteten Lebensdauer der Brücke und unter der Annahme, dass sämtliche Züge mit ihrer Maximalgeschwindigkeit fahren. Für andere statische Systeme, für Querkräfte und für andere Gesamttonnagen sind in ÖNORM EN 1993-2:2010 Berechnungsregeln und Näherungsformeln angegeben. Für andere als die oben erwähnten zwölf Züge (z.B. historische Züge) finden sich in den Normen keine -Werte, auch ist eine Superposition einzelner -Werte für individuelle Verkehrsmischungen nicht beziehungsweise in nur sehr grober Näherung möglich.In der vorliegenden Diplomarbeit wird ein einfach zu bedienendes EDV-Programm entwickelt, mit dem für beliebige Züge beziehungsweise Verkehrsmischungen, für beliebige Geschwindigkeiten und für beliebige Gesamttonnagen -Werte für Momente und Querkräfte „exakt“ im Sinn der Norm berechnet werden können. Über die Möglichkeiten der ÖNORM EN 1993-2:2010 hinaus ist es hier auch möglich, die (bei kleinen Stützweiten bedeutungsvolle) Lastverteilung durch den Gleisrost zu berücksichtigen.Bei der Nachrechnung historischer Eisenbahnbrücken ist besonders die Fahrbahnkonstruktion, bestehend aus Quer- und Längsträgern, von Bedeutung. Das entwickelte EDV-Programm kann auch für diese Bauteile streng normengerecht und widerspruchsfrei genutzt werden.Die rechenintensiven Schritte bei der -Werte sind die Schnittgrößenermittlung bei der Zugsüberfahrt und die Auswertung des Schnittgrößenschriebes nach einem Zählverfahren, als dessen Ergebnis erhält man Histogramme mit dem funktionalen Zusammenhang von Schnittgröße und Auftretenshäufigkeit. Für eine Reihe von Zügen wurden die Histogramme auf ein digitales Medium gespeichert. Mit diesen Daten kann man unter Anwendung eines EXCEL-Programms punktuelle Berechnungen durchführen. Dafür wurde ein (halbautomatisches) EXCEL-Programm entwickelt.Für die Diskussion der Nachweisführung auf der Grundlage von -Werten und die Anwendung für die Berechnung der Restlebensdauer ist eine weitere Arbeit geplant.Die Programmoberfläche ist klar, bequem und informativ, sodass der Anwender für weitere Fälle die Beiwerte bekommen kann.

By applying damage equivalence factors , the fatigue analysis of steel components of railway bridges can be carried out using the internal force variables that have to be determined in any case for the structural safety analysis and the serviceability analysis based on load model 71. This type of calculation (referred to as "simplified method" in the ÖNORM EN 1993-2:2010 standard) forestalls the computationally intensive calculation steps, resulting in a very simple analysis format for the user. The damage equivalence factors are the product of four individual factors 1 to 4. The factors 2 to 4 serve to adapt to non-standard operational situations, and simple approximation formulas are given. The most complicated task is the determination of the train-dependent (or train mix-dependent) and support span-dependent span coefficients 1. Span coefficients for some of the individual trains specified in Annex D of the ÖNORM EN 1991-2:2012 standard and for the three traffic mixes specified at the same location (regular traffic with axle load ≤ 22.5t [„EC mix“], heavy traffic with axle load ≤ 25t ["25t Mix"], local traffic with axle loads ≤ 22.5t) can be found in the relevant standards (ÖNORM EN 1993-2:2010 for the design and calculation of steel bridges, ÖNORM B 4008-2:2019 for the recalculation of existing bridges). (More comprehensive tables can be found in the withdrawn ENV 1993-2:1998 standard). These span coefficients 1 are valid for moments in the midspan of a single span beam and standardised trilinear S/N-curve according to the ÖNORM EN 1993-1-9:2013 standard, for 25 108 t total tonnage during the considered lifetime of the bridge and under the assumption that all trains run at their maximum speed. For other static systems, for shear forces and for other total tonnages, calculation rules and approximation formulae are given in the ÖNORM EN 1993-2:2010 standard. No values for trains other than the twelve mentioned above (e.g. historical trains) are to be found in the standards; a superposition of individual values for individual traffic mixtures is also not possible or only possible as a very rough approximation.In this diploma thesis, an easy-to-use computer programme is developed which allows the calculation of values for moments and shear forces for any trains or traffic mixes, for any speeds and for any total tonnages "precisely" as defined in the standard. Furthermore, in addition to the possibilities of the ÖNORM EN 1993-2:2010 standard, it is also possible to take into account the load distribution through the track grid (which is important for small spans).The track structure, consisting of transverse and longitudinal beams, is of particular importance when recalculating historical railway bridges. The developed software can also be used for these components strictly in accordance with the standards and without any inconsistency.The computationally intensive steps in the values are the determination of the internal force variables during the train crossing and the evaluation of the determined internal force variables according to a counting method, the result of which are histograms with the functional relationship between the internal force variables and the frequency of occurrence. For a number of trains, the histograms have been stored on a digital medium. Using this data, it is possible to carry out point-by-point calculations using an EXCEL programme. A (semi-automatic) EXCEL programme has been developed for this purpose.Further study is planned for the discussion of the analysis on the basis of values and the application for the calculation of the remaining service life.The software interface is intuitive, convenient and informative, so that the user can get the necessary coefficients for further cases.
Keywords: Schadensäquivalenzbeiwerten λ; Ermüdungsnachweis; Eisenbahnbrücken
URI: https://doi.org/10.34726/hss.2021.74721
http://hdl.handle.net/20.500.12708/17427
DOI: 10.34726/hss.2021.74721
Library ID: AC16200317
Organisation: E212 - Institut für Tragkonstruktionen 
Publication Type: Thesis
Hochschulschrift
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