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000740215 245__ $$aVereinfachte dynamische Bemessung von WiB-Eisenbahnverbundbrücken für den Hochgeschwindigkeitsverkehr$$cHetty Bigelow$$honline, print
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000740215 5203_ $$aEisenbahnbrücken in Walzträger in Beton (WiB-) Bauweise weisen viele Vorteile auf: Sie sind langlebig, können mit hohen Schlankheiten ausgeführt werden und bedürfen beim Bau nur einem geringen Schalungsaufwand. Da sie i.d.R. als Einfeldträger ausgeführt werden, erweisen sich ihre hohen Schlankheiten gleichzeitig in gewisser Weise auch als Nachteil: Die berechneten Eigenfrequenzen sind üblicherweise relativ klein und lassen bereits bei niedrigen Überfahrtsgeschwindigkeiten Resonanzeffekte infolge der regelmäßigen Achsabstände der überfahrenden Züge erwarten. Bauwerksmessungen haben allerdings wiederholt gezeigt, dass sie sich in der Realität deutlich besser verhalten als prognostiziert und erwartete Resonanzeffekte erst bei deutlich höheren Geschwindigkeiten zu erwarten sind. Die z.T. beachtlichen Unterschiede zwischen Realität und Prognose sind seit längerem bekannt und werden allgemein zusätzlichen Beiträgen zu Systemsteifigkeit und Dämpfung von s.g. baulichen Randbedingungen zugeschrieben, beispielsweise Schotterbett, Schienen, Schwellen oder Randkappen. Im Rahmen dieser Arbeit erfolgt zunächst eine ausführliche Betrachtung verschiedener Einflussparameter auf das dynamische Verhalten von WiB-Eisenbahnbrücken zur Klärung, welche zusätzlichen Beiträge sich zuverlässig von anderen Effekten isolieren und identifizieren lassen, um sie in einer Bemessung berücksichtigen zu können und welche Einflussparameter weiterer Forschung bedürfen. Experimentelle Untersuchungen zum Koppeleffekt zwischen Eisenbahnbrücken, deren Überbauten durch eine Längsfuge getrennt ausgeführt werden, sich aber ein gemeinsames Schotterbett teilen, werden anhand eines speziell konzipierten Versuchsstandes durchgeführt, welcher eine Überlagerung mit anderen, an realen Bauwerken gleichzeitig wirkenden Effekten, ausschließt. Untersucht werden die zusätzlichen Beiträge des Koppeleffektes zu Systemsteifigkeit und zur Dämpfung. Basierend auf den in Deutschland gültigen Normen werden Modellierungsvereinfachungen hergeleitet. Die Herleitung einer horizontalen Ersatzfedersteifigkeit zur Abbildung des Einspanneffektes von über die Brückenenden hinauslaufenden Gleisen ermöglicht eine signifikante Reduzierung von Modellierungsaufwand und Berechnungsdauer. Zur vereinfachten Berechnung von gelenkig gelagerten, balkenartigen Einfeldträgerbrücken mit konstanter Steifigkeits- und Masseverteilung werden die, in der Schienenebene wirkenden, horizontalen Ersatzfedern in Drehfedern an den Auflagern umgewandelt. Das so entstandene Balkensystem mit Drehfedern an den Auflagern wird anschließend in ein äquivalentes Einmassensystem überführt. Mit den entwickelten Formeln lässt sich nun direkt die erste Biegeeigenfrequenz n0 unter Berücksichtigung der Einspannwirkung der Gleise analytisch berechnen. Für den Anwenderergibt sich so die Möglichkeit, ohne numerisches Brückenmodell eine vereinfachte Überprüfung des Resonanzrisikos unter Berücksichtigung der Einspannwirkung der Gleise durchzuführen, bei der n0 den normativ geregelten Grenzwertengegenübergestellt wird. Kann Resonanz ausgeschlossen werden, so ist bei Überfahrtsgeschwindigkeiten bis 200 km/h im typischen Anwendungsbereich der WiB-Brücken (Einfeldträgerbrücken mit Stützweiten bis 40 m) eine Bemessung anhand statischer Ersatzlastmodelle ausreichend. Kann Resonanz nicht vereinfacht ausgeschlossen werden oder generell bei Überfahrtsgeschwindigkeiten über 200 km/h, müssen dynamische Berechnungen zur Simulation von Überfahrten aller auf der Brücke vorgesehenen Zugtypen durchgeführt und ausgewertet werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurden dazu Berechnungstools entwickelt, die anhand äquivalenter Einmassensysteme die automatisierte Simulation einer Vielzahl von Zugüberfahrten in sehr kurzer Zeitunter Berücksichtigung der Einspannwirkung der Gleise ermöglichen. Zur Beschreibung der Brücke werden lediglich die Eingabeparameter Biegesteifigkeit, Masse, Stützweite, die im Rahmen der Arbeit hergeleitete Drehfedersteifigkeit an den Auflagern und die nach Norm anzusetzende Dämpfung benötigt. Auch hierergibt sich eine signifikante Reduzierung des Modellierungs- und Berechnungsaufwandes, verglichen mit herkömmlicher Berechnungssoftware.$$lger
000740215 520__ $$aFiller beam railway bridges have many advantages. They are durable, can feature high slenderness and require only a small amount of framework material during construction. They are usually constructed as simply supported beams, i.e. their high slenderness can also be in some respects disadvantageous. Calculated eigenfrequenciesare often relatively small, thus leading to anticipation of resonance effects already at low crossing velocities induced by equally spaced axle loads. Measurements have repeatedly shown though, that filler beam bridges behave much better in reality than predicted by calculations. The anticipated resonance effects occur eventually at much higher crossing velocities than predicted. The sometimes significantly high differences between measurements and calculations have been generally noticed before and are affiliated with additional contributions of non-structural elements to system stiffness and damping, e.g. the contributions of ballast, tracks, sleepers or edge caps. The thesis at hand presents a detailed examination of the contributions of individual parameters influencing the dynamic behavior of filler beam bridges. The examination aims at separating parameters, which can be clearly identified and isolated from other effects and thus could be considered in design, from those parameters, that require further extensive research. Experimental tests regarding interaction effects between bridge decks, which are separated by longitudinal gaps but share a ballast bed, are performed with a newly developed test set up. This set up eliminates effects, which occur simultaneously with the interaction effects on real bridges. The contribution of the interaction effects to stiffness and damping are tested. Based on German codes, modelling simplifications are derived. The derivation of a horizontal equivalent spring stiffness, representing restraining effects of railway tracks exceeding bridges, enables a significant reduction of modelling effort and computational time. The equivalent horizontal spring, which is effective in the centroidal axis of the track, is afterwards converted into an equivalent rotationalspring, which can be applied at the hinges of simple beam models, thus simplifying the design of simple span bridges. The developed beam system with rotational springs is then converted into an equivalent single degree of freedom (SDOF) system. With the derived analytical formulas, the fundamental frequency n0 can directly be calculated considering there straining effects of tracks. Users can now include the restraining effects of tracks into a simplified estimation of resonance risks, where n0 is compared to limiting values given by the codes. If resonance can be ruled out and crossing velocities are 200 km/h (56 m/s) at most, the dynamic design of single span bridges with spans up to 40 m (thus the scope of application of filler beam bridges) can be performed with equivalent static loads only. If resonance cannot be ruled out using the simplified approach, or, if crossing velocities are above 200 km/h (56 m/s), dynamic simulations have to be performed considering all train types designated for the bridge in question. The results of all simulations then have to be interpreted. In scope of the presented thesis, computation tools using SDOFs are programmed, which enable automated simulations of large numbers of train crossings in a short time, including the restraining effects of tracks. The tool requires only the input parameters bending stiffness, mass, span length, the rotational spring stiffness just derived in this thesis and a damping ratio provided by the codes. This again leads to a significant reduction of modelling effort and computation time compared to conventional calculation software.$$leng
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