Bruckmoser, B. (2022). Untersuchung des Einflusses der lastverteilenden Wirkung des Schotterbetts bei Simulation von Eisenbahnbrückenschwingungen [Diploma Thesis, Technische Universität Wien]. reposiTUm. https://doi.org/10.34726/hss.2022.102407
lastverteilende Wirkung; Schotterbett; Simulation von Eisenbahnbrückenschwingungen
de
load-distributing effect; ballast bed; simulations of railway bridge vibrations
en
Abstract:
Bei der Nachweisführung und Bemessung von Eisenbahnbrücken sind dynamische Nachweise von immer größerer Bedeutung. Bei Bestandsbrücken treten oft hohe Diskrepanzen der in in-situ Untersuchungen gemessenen und in Simulationen berechneten Tragwerksbeschleunigungen auf. Diese Arbeit beschäftigt sich mit dem Thema der lastverteilenden Wirkung des Schotterbetts bei der Simulation von Eisenbahnbrückenschwingungen. Eine Möglichkeit zur Berücksichtigung dieser Lastverteilung auf das Brückentragwerk ist die Aufteilung der einwirkenden Zug-Achslasten auf mehrere anteilige Kräfte im Abstand der Schwellen. Eine weitere besteht darin, die Brücke als sogenannten Koppelträger zu modellieren, um das Schotterbett in den Berechnungen zu simulieren. Dabei wird die Brücke in zwei Balken unterteilt, die den Gleisrost und das Brückentragwerk repräsentieren. Diese sind durch Federn und Dämpfer, welche das Schotterbett nachbilden, dynamisch gekoppelt. Des Weiteren werden die in den Berechnungen simulierten Züge auf zwei Arten modelliert. Einerseits in Form von bewegten Einzellasten, andererseits als detailliertes Mehrkörpersystem, welches die Interaktion zwischen Fahrzeug und Brückentragwerk berücksichtigt. Der Fokus in dieser Arbeit liegt darin, die vertikalen Tragwerksbeschleunigungen, die durch diese verschiedenen Modellannahmen resultieren, zu berechnen und miteinander zu vergleichen. In zwei numerischen Studien wird eine große Anzahl unterschiedlicher Tragwerke untersucht. Dies erfolgt durch Simulationen mit dem Programm MATLAB®. Mit den Ergebnissen dieser Studien können die Größenordnungen der erzielbaren Beschleuni- gungsreduktionen des Brückentragwerkes bei Berücksichtigung einer Lastverteilung im Vergleich zu Berechnungen ohne Lastverteilung eingeschätzt werden. Außerdem wird aufgezeigt, welche Brückenparameter einen maßgeblichen Einfluss auf diese Reduktionen haben.
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Dynamic effects are becoming increasingly important in the design and dimensioning of railway bridges. Existing bridges often show high discrepancies between structural accelerations measured in in-situ investigations and calculated in simulations. This thesis investigates the load-distributing effect of the ballast bed in simulations of railway bridge vibrations. One way of considering this load distribution on the bridge structure is to split the axial loads of the train into several partial loads with the distance of the sleepers. Another way is by modeling the bridge as a so-called coupling girder in order to simulate the ballast bed in the calculations. The bridge is divided into two beams, representing the track and the bridge structure. These are dynamically coupled by springs and dampers which simulate the ballast bed. In addition, the train configurations used in the calculations are modeled in two ways. On the one hand as a series of moving axle loads and on the other hand as a multi-body system, which considers the interaction between the vehicle and the bridge structure. The focus of this thesis is to calculate and compare the vertical structural accelerations that result from these different models. Several structures are analyzed in two numerical studies, using the MATLAB® program for simulation. With the results of these studies, the order of magnitude of the achievable acceleration reductions of the bridge structure when considering a load distribution in comparison to calcula- tions without load distribution can be estimated. In addition, it is demonstrated which bridge parameters have a significant influence on these reductions.