Forschungsbereich Stahlbau

Dynamik von Eisenbahnbrücken unter Hochgeschwindigkeitsverkehr

Motivation

 

Die österreichische Infrastrukturpolitik der vergangenen Jahre stellte die Weichen für eine Leistungssteigerung des Bahnnetzes, was sich in technischer Hinsicht in höheren Achslasten und schnelleren Betriebsgeschwindigkeiten auswirkt. Parallel dazu ist auch die Brückenbaukunst einem steten Wandel unterworfen, wo durch den Einsatz von modernen Materialien und neuen Bauweisen schlanker und leichter denn je gebaut wird. Durch diese Entwicklungen wird das dynamische Verhalten von Eisenbahnbrücken immer bedeutender für Entwurf und Bemessung neuer Konstruktionen oder für etwaige Sanierungsmaßnahmen. Mit detaillierten Kenntnissen über die dynamischen Vorgänge in Brücken unter Verkehrseinwirkung kann die Sicherheit, Gebrauchstauglichkeit und Wirtschaftlichkeit von Brückentragwerken besser beurteilt werden.

 

Zielsetzung

 

Diese Arbeit soll dazu beitragen, das Verständnis für das dynamische Zusammenspiel zwischen Zug und Brücke zu vertiefen. Hierfür werden sowohl theoretische als auch versuchstechnische Methoden eingesetzt:

 

  • Theoretische Methoden

 

Nach dem aktuellen Stand der Wissenschaft gelten folgende zwei Methoden als die leistungsfähigsten:

1. Die Methode der generalisierten Verschiebungen (auch: Verfahren nach Ritz)

2. Die Methode der finiten Elemente

 

Die erste Methode erlaubt eine einfache und effiziente Modellierung der Brücke, die dynamisch mit einem Mehrkörpersystem für die Fahrzeuge gekoppelt wird, Abb. 1.

 

 

Abb. 1: Beispiel für mechanische Modellbildung

Es werden Modelle unterschiedlicher Komplexität miteinander verglichen und Parameterstudien durchgeführt mit dem Ziel, ein Optimum zwischen Modellierungsgrad und Genauigkeit der Ergebnisse zu finden.

 

Die Methode der finiten Elemente wird einerseits zur Kontrolle von einfacheren Modellen herangezogen und andererseits, um Effekte zu erfassen, die nach dem Verfahren nach Ritz nicht berücksichtigt werden können. 

 

  • Versuchstechnische Methoden

 

Im Rahmen des Forschungsprojektes "Neuartige Versuchsanlage zur Untersuchung von Brückenschwingungen" sollen mit Versuchen an einem realen Brückentragwerk neue Erkenntnisse über die Wechselwirkung zwischen dem Brückenoberbau (Schotteroberbau oder feste Fahrbahn) und dem eigentlichen Tragwerk gewonnen werden. Insbesondere Eigenschaften, die rechnerisch nicht oder nur unscharf zu bestimmen sind, wie z. B. die Dämpfung, sollen näher untersucht werden.

 

Aus der Symbiose zwischen den Ergebnissen aus theoretischen und versuchstechnischen Methoden sollen Hilfsmittel für eine effiziente und zweckorientierte Behandlung von dynamischen Problemen bei Zugüberfahrten erstellt werden.

 

Rückfragen: Mähr