Dynamische Untersuchungen an Eisenbahnbrücken

grbv Ingenieure im Bauwesen GmbH & Co. KG
Dynamische Nachrechnung von stählernen
Eisenbahnbrücken
Dipl.-Ing. Lukas Müller
Vortrag zum 5. Ingenieurtechnischen Kolloquium
 22. September 2016
Dynamische Nachrechnung von stählernen Eisenbahnbrücken
Inhalt
5. Ingenieurtechnische Kolloquium
22. September 2016
1. Projekt „Brückenbefahrbarkeit“
2. Vorgehen bei der Berechnung
3. Ergebnisse
2
Dynamische Nachrechnung von stählernen Eisenbahnbrücken
1. Projekt „Brückenbefahrbarkeit“
5. Ingenieurtechnische Kolloquium
22. September 2016
Übersicht

Auftraggeber:

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
DB Netz AG
3
Dynamische Nachrechnung von stählernen Eisenbahnbrücken
5. Ingenieurtechnische Kolloquium
22. September 2016
1. Projekt „Brückenbefahrbarkeit“
Dynamische Berechnung?
Warum?

Resonanz:
Beschleunigung:
agrenz = 3,5 m/s² (Schotterfahrbahn)
400
350
agrenz = 5,0 m/s² (Feste Fahrbahn)
300
Bemessungsgröße

Resonanz!
Beschleunigung!
Statische
Berechnung
250
200
Dynamische
Berechnung
150
100
50
0
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
Zuggeschwindigkeit v [km/h]
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Dynamische Nachrechnung von stählernen Eisenbahnbrücken
5. Ingenieurtechnische Kolloquium
22. September 2016
1. Projekt „Brückenbefahrbarkeit“
Leistungsumfang
Bw1733km0,544
Bw6107km189,294
Bw6107km211,622
Bw6107km189,141
Bw1700km4,337
Bw1700km79,229
Bw1733km3,181
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Dynamische Nachrechnung von stählernen Eisenbahnbrücken
2. Vorgehen bei der Berechnung
5. Ingenieurtechnische Kolloquium
22. September 2016
1.) Modellbildung

Stabwerksmodell

Idealisierung des Schotterbetts und der Schwellen über Federstäbe
6
Dynamische Nachrechnung von stählernen Eisenbahnbrücken
5. Ingenieurtechnische Kolloquium
22. September 2016
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
Dynamische Nachrechnung von stählernen Eisenbahnbrücken
2. Vorgehen bei der Berechnung
5. Ingenieurtechnische Kolloquium
22. September 2016
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
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Dynamische Nachrechnung von stählernen Eisenbahnbrücken
5. Ingenieurtechnische Kolloquium
22. September 2016
2. Vorgehen bei der Berechnung
4.) Rechenverfahren + Nachweispunkte

Modale Zeitschrittintegration

Nachweispunkte:
NW-Punkt Obergurt
NW-Punkt Untergurt
NW-Punkt Querträger
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Dynamische Nachrechnung von stählernen Eisenbahnbrücken
5. Ingenieurtechnische Kolloquium
22. September 2016
3. Ergebnisse
Beschleunigungen az
Querträger
9
amax,BLZ_56
8
amax,BLZ_57
amax,BLZ_58
7
agrenz = 3,5 m/s²
Beschleunigung az,max [m/s²]
amax,BLZ_59
6
agrenz
5
4
3
2
1
0
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
180
190
200
210
220
230
240
250
Geschwindigkeit v [km/h]
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Dynamische Nachrechnung von stählernen Eisenbahnbrücken
5. Ingenieurtechnische Kolloquium
22. September 2016
3. Ergebnisse
Zusammenfassung

Ausnutzungsgrade λ
Bemessungsgröße y
Bauteil
Verformungen uz
(GZG)
Querträger
(Knoten 127)
örtliche Geschwindigkeit vö = 200 km/h
örtliche Geschwindigkeit 1,1 x vö = 220 km/h
Beschleunigungen az
(GZG)
Querträger
(Knoten 127)
örtliche Geschwindigkeit vö = 200 km/h
örtliche Geschwindigkeit 1,1 x vö = 220 km/h
3,5 m/s²
örtliche Geschwindigkeit vö = 200 km/h
Querträger
(Stab 274, Knoten 127) örtliche Geschwindigkeit 1,2 x vö = 240 km/h
Biegemoment My
(GZT)
Hauptträger
(Stab 55, Knoten 128)
Obergurt
(Stab 85, Knoten 130)
Geschwindigkeit v (max)
örtliche Geschwindigkeit vö = 200 km/h
örtliche Geschwindigkeit 1,2 x vö = 240 km/h
örtliche Geschwindigkeit vö = 200 km/h
örtliche Geschwindigkeit 1,2 x vö = 240 km/h
yφxLM71
yges
mm
mm
m/s²
m/s²
0,35
0,35
155
155
HSLM-A09
HSLM-A09
0,72
1,10
180
210
HSLM-A07
HSLM-A02
914,8 kNm
365,1 kNm
372,0 kNm
0,40
0,41
160
215
1157,0 kNm
791,1 kNm
820,6 kNm
0,68
0,71
160
215
HSLM-A10
HSLM-A10
HSLM-A10
HSLM-A10
315,3 kNm
147,7 kNm
190,3 kNm
0,47
0,60
120
230
HSLM-A03
BLZ 57
55,2 mm
19,29
19,29
2,52
3,84
l1Gl-Wert1) zug. v [km/h] zug. Lastmodell
1) λ1Gl = yges / yφxLM71

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
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Vielen Dank.
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