Dynamische Nachrechnung von stählernen Eisenbahnbrücken

Transkript

1 grbv Ingenieure im Bauwesen GmbH & Co. KG Dynamische Nachrechnung von stählernen Eisenbahnbrücken Dipl.-Ing. Lukas Müller Vortrag zum 5. Ingenieurtechnischen Kolloquium

2 Inhalt 1. Projekt Brückenbefahrbarkeit 2. Vorgehen bei der Berechnung 3. Ergebnisse 2

3 1. Projekt Brückenbefahrbarkeit Übersicht Auftraggeber: DB Netz AG Überprüfung des dynamischen Verhaltens von stählernen Eisenbahnbrücken insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten und zukünftigen Zugmodellen Ermittlung der dynamischen Verformungen, Schnittgrößen und der Beschleunigungen Pilotprojekt in Deutschland 3

4 Bemessungsgröße Dynamische Nachrechnung von stählernen Eisenbahnbrücken 1. Projekt Brückenbefahrbarkeit Dynamische Berechnung? Warum? Resonanz! Beschleunigung! Resonanz: Beschleunigung: agrenz = 3,5 m/s² (Schotterfahrbahn) agrenz = 5,0 m/s² (Feste Fahrbahn) Statische Berechnung Dynamische Berechnung Zuggeschwindigkeit v [km/h] 4

5 1. Projekt Brückenbefahrbarkeit Leistungsumfang Bw1733km0,544 Bw6107km189,294 Bw6107km211,622 Bw6107km189,141 Bw1700km4,337 Bw1700km79,229 Bw1733km3,181 5

6 2. Vorgehen bei der Berechnung 1.) Modellbildung Stabwerksmodell Idealisierung des Schotterbetts und der Schwellen über Federstäbe 6

7 2. Vorgehen bei der Berechnung 2.) Ermittlung von Eigenfrequenzen und Eigenformen Eigenform 2: Eigenfrequenz = 1,66 Hz, Deformationen u [mm], Faktor = 369,5 Wertebereich (Gesamtsystem, min/max): 0,00/29,57 [mm] Eigenform 7: Eigenfrequenz = 4,46 Hz, Deformationen u [mm], Faktor = 301,5 Wertebereich (Gesamtsystem, min/max): 0,00/33,08 [mm] Eigenform 9: Eigenfrequenz = 6,57 Hz, Deformationen u [mm], Faktor = 116,8 Wertebereich (Gesamtsystem, min/max): 0,00/48,58 [mm] Eigenfrequenzen und Eigenformen für den in der Ril 804 angegebenen Frequenzbereich Lehrsche Dämpfung: D = 0,5 % gem. Ril 804 7

8 2. Vorgehen bei der Berechnung 3.) Dynamische Belastung Berücksichtigte Zugmodelle: HSLM-A1 bis HSLM-A10 BLZ 56 bis BLZ 59 Untersuchte Geschwindigkeiten: 60 km/h bis 250 km/h Aufbringung der Lasten als bewegte Einzellasten LF 208: Belastung, HSLM_A01_100 8

9 2. Vorgehen bei der Berechnung 4.) Rechenverfahren + Nachweispunkte Modale Zeitschrittintegration Nachweispunkte: NW-Punkt Obergurt NW-Punkt Querträger NW-Punkt Untergurt 9

10 Beschleunigung az,max [m/s²] Dynamische Nachrechnung von stählernen Eisenbahnbrücken 3. Ergebnisse Beschleunigungen az 9 amax,blz_56 Querträger 8 7 amax,blz_57 amax,blz_58 amax,blz_59 a grenz = 3,5 m/s² 6 agrenz Geschwindigkeit v [km/h] 10

11 3. Ergebnisse Zusammenfassung Ausnutzungsgrade λ Bemessungsgröße y Bauteil Geschwindigkeit v (max) l 1Gl -Wert 1) zug. v [km/h] zug. Lastmodell Verformungen u z (GZG) Beschleunigungen a z (GZG) Biegemoment M y (GZT) 1) λ 1Gl = y ges / y φxlm71 Querträger (Knoten 127) Querträger (Knoten 127) Querträger (Stab 274, Knoten 127) Hauptträger (Stab 55, Knoten 128) Obergurt (Stab 85, Knoten 130) y φxlm71 örtliche Geschwindigkeit v ö = 200 km/h 19,29 mm 0, HSLM-A09 55,2 mm örtliche Geschwindigkeit 1,1 x v ö = 220 km/h 19,29 mm 0, HSLM-A09 örtliche Geschwindigkeit v ö = 200 km/h 2,52 m/s² 0, HSLM-A07 3,5 m/s² örtliche Geschwindigkeit 1,1 x v ö = 220 km/h 3,84 m/s² 1, HSLM-A02 örtliche Geschwindigkeit vö = 200 km/h 365,1 knm 0, HSLM-A10 914,8 knm örtliche Geschwindigkeit 1,2 x v ö = 240 km/h 372,0 knm 0, HSLM-A10 örtliche Geschwindigkeit vö = 200 km/h 791,1 knm 0, HSLM-A ,0 knm örtliche Geschwindigkeit 1,2 x v ö = 240 km/h 820,6 knm 0, HSLM-A10 örtliche Geschwindigkeit v ö = 200 km/h 147,7 knm 0, HSLM-A03 315,3 knm örtliche Geschwindigkeit 1,2 x v ö = 240 km/h 190,3 knm 0, BLZ 57 y ges Dynamische Verformungen und Biegemomente in der Regel unkritisch Beschleunigungen oftmals problematisch Reagieren sehr sensibel auf Änderung im Modell und im Rechenverfahren Diesbezüglich war viel Abstimmung mit der DB nötig 11

12 Vielen Dank. grbv Ingenieure im Bauwesen GmbH & Co. KG Expo Plaza Hannover T E. Chausseestraße Berlin T E.