Entwicklung eines vereinfachten Berechnungsmodells zur Beschreibung des Eigenschwingungsverhaltens von Stegblechen für Untersuchungen des Brückendröhnens anhand einer ausgewählten Stahlbrücke

Abstract

In der vom Menschen gestalteten Umwelt existiert eine Vielzahl an Lärmquellen. Lärm ist dabei ein vom Menschen unerwünschtes Hörereigniss. Ab einem energieäquivalenten Dauerschallpegel im Freien von LA,eq = 55 dB kann es zu einer erheblichen Beeinträchtigung des menschlichen Wohlbefindens kommen. Wird der gesamte vom Verkehr verursachte Lärm betrachtet, so leben mehr als 50% der Bevölkerung der Europäischen Union in Bereichen mit unzureichendem akustischen Komfort. Die vorliegende Arbeit leistet einen Beitrag, um Lärm, welcher bei einer Zugüberfahrt über eine Brücke entsteht, berechenbar zu machen. Das Hauptaugenmerk liegt dabei auf dem sekundären Luftschall, jenem Schall, welcher durch die zum Schwingen angeregte Brücke entsteht. Die Untersuchung erfolgt an einer ausgewählten Brücke in Wien. Im Speziellen wird das Stegblech einer Vollwandträgerbrücke untersucht, da dieses, wenn in Schwingung versetzt, als großer schallabstrahlender Körper angesehen werden kann. Messergebnisse lassen auf einen Zusammenhang zwischen gemessenen Schallwechseldruck und der Geschwindigkeit der Struktur schließen. In gängiger Finite Elemente (FE) Software wird versucht das Schwingungsverhalten des Stegblechs nachzubilden. Dazu wird zunächst eine Konvergenzstudie durchgeführt. Die Eigenfrequenzen einer Kirchhoffplatte werden mit den Ergebnissen aus der FE Berechnung verglichen und die erforderliche Größe der finiten Elemente festgelegt. Die Rechteckplatte wird um weitere Elemente, wie die beiden Gurte des I-Querschnitts, sowie den Stegaussteifungen ergänzt. Der Einfluss der Modellbildung dieser Konstruktionselemente als auch die Veränderung des Verhaltens gegenüber der Rechteckplatte wird untersucht. Das Modell wird weiter zu einem Drei- und einem Fünffeldmodell ausgebaut und wiederum abgeschätzt, ob die benachbarten Felder das Schwingungsverhalten des Mittelfeldes beeinflussen. Die Eigenformen und Eigenfrequenzen, ermittelt aus der Lösung des Eigenwertproblems der FE Modelle, werden mit Messergebnissen einer experimentellen modalen Analyse verglichen, um eine Aussage über die Qualität der FE Berechnung zu treffen. Abschließend wird ein vereinfachtes Modell präsentiert, an welchem die näherungsweise Berechnung der Schallintensität des Stegblech erfolgen kann.

In the built environment there are a lot of sources of noise. Noise can be described as unwanted sound. Studies reveal that more than half of all European Union citizens live in zones that do not ensure acoustical comfort to residents. In this thesis the noise produced by a train runnig over a bridge is considered. When a train crosses a bridge it is very likely that sound radiation will be amplified in contrast to the plain track. The increase varies from 0 to 20 dB depending on the type of the bridge. This thesis investiges structure borne sound radiated from a steel railway bridge in Vienna, Austria. Especially the web of the H-beam will be considered, due to the relatively large sound radiation surface. To extract meaning full results out of a finite element model a convergence study is made. For this purpose the natural frequencies of a rectangular Kirchhoff plate with various boundary conditions are compared to the results out of a FE Model. The plate represents the web between two transversal