Schotteroberbaumodell für Eisenbahnbrücken - Ermittlung der Kennwerte und eines Modelles zur Beschreibung der dynamischenWirkung des Schotteroberbaues auf Brückenschwingungen

Aktuell gültige Normvorgaben für die anzusetzende Dämpfung bei Eisenbahnbrücken sind zu konservativ. Bei der dynamischen Nachrechnung von Bestandsbrücken für neue Zugtypen, kann dies zu falschen Ergebnissen und somit zu einer Ertüchtigung führen, die nicht notwendig und daher unwirtschaftlich ist.

Kurzbeschreibung

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Die Modernisierung des Eisenbahnnetzes mit teilweisem Ausbau zu Hochgeschwindigkeitsstrecken kann auch zu Problemen führen. Diese bestehen in auftretenden Resonanzerscheinungen auf Eisenbahnbrücken bei Hochgeschwindigkeitsüberfahrten. Dabei kann eine unzulässige Auflockerung des Schotteroberbaues auftreten, weshalb Grenzwerte für die auftretende vertikale Maximalbeschleunigung normativ festgelegt sind. Aus Vergleichen der Vertikalbeschleunigungen von praktisch gemessenen und theoretisch mit Dämpfungsansätzen laut Norm berechneten Brücken zeigen sich deutlich zu konservativ festgelegte Kennwerte.

Mit dem vorliegenden Projekt wurde ein Beitrag zur Behebung der beschriebenen Diskrepanz geleistet. Dabei wurde eine Versuchsanlage geplant und gebaut, mit deren Hilfe eine detaillierte dynamische Untersuchung der Eigenschaften des Schotteroberbaues im Regelbereich von Eisenbahnbrücken ermöglicht wird. Dabei wird von Schubverformungen zwischen Gleisrost und Schotter ausgegangen, die ursächlich für die Dämpfungswirkung sind. Für die vertikale Anregung der Versuchsanlage wird ein Unwuchterreger verwendet, der auf der Längsachse derselben, an deren vertikal beweglichen Ende positioniert ist. Durch Verwendung verschieden großer Unwuchten können unterschiedlich große Auflagerdrehwinkel (somit Amplituden) erzeugt werden. Es wurden zwei hinsichtlich ihres Alters verschiedene Schotter (neu und alt) untersucht.

Der Unterschied der hierbei bezüglich der Dämpfungswirkung festgestellt wurde, ist vernachlässigbar gering. Die Dämpfungswirkung nimmt mit steigender Anregungsfrequenz zu. Bei selber Frequenz ist die Dämpfung relativ gering von der Amplitude abhängig – dominant ist die Frequenzabhängigkeit. Kennwerte für ein mechanisches Modell des Schotteroberbaues konnten ermittelt werden.

Kurzzusammenfassung

Gewählte Methodik

Identifikation und Lokalisation der Dämpfungsmechanismen bei Eisenbahnbrücken. Der Fokus liegt dabei auf dem Schotteroberbau. Durch Planung und Bau einer Versuchsanlage zur Bestimmung von dynamischen Kennwerten für den Schotteroberbau soll dieser in mechanischen Modellen abgebildet werden können. Verifikation der Kennwerte und des mechanischen Modelles an Bestandsbrücken durch Vergleich mit Versuchsdaten.

Ergebnisse

Es konnten dynamische Kennwerte ermittelt werden. Die Untersuchungen zeigten, dass die vermutete verringerte Dämpfungswirkung von Altschotter gegenüber neuem Schotter vernachlässigbar ist. Außerdem wurde eine Frequenzabhängigkeit der Dämpfungskennwerte festgestellt. Eine Amplitudenabhängigkeit der Dämpfung ist gering gegenüber der Frequenzabhängigkeit.

Schlussfolgerungen

Mit dem vorliegenden Forschungsvorhaben konnte ein Teil der Dämpfungsmechanismen bei Eisenbahnbrücken erforscht werden. Es werden weitere Mechanismen vermutet, die es zu untersuchen gilt, um eine komplette mechanische Beschreibung des Systems Eisenbahnbrücke zu ermöglichen.

Projektbeteiligte

Projektleitung

Technische Universität Wien - Institut für Tragkonstruktionen
Univ.Prof.Dipl.-Ing. Dr.t Josef FINK

Kontaktadresse

Technische Universität Wien - Institut für Tragkonstruktionen
Univ.Prof.Dipl.-Ing. Dr.t Josef FINK

Tel.: +43-1-58801-21314
Fax: +43-1-58801-21399
E-Mail: Josef.Fink@tuwien.ac.at

Dieses Projekt wurde finanziert von bmvit, ÖBB und ASFiNAG im Rahmen von VIF2012.

Weiterführende Informationen sowie den Ergebnisbericht finden Sie im Infonetz der FFG.

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