Dynamische Analyse der Zugüberfahrt bei Eisenbahnbrücken unter Berücksichtigung von nichtlinearen Effekten

Im Artikel wird das Schwingungsantwortverhalten von Eisenbahnbrücken infolge Zugüberfahrt unter Berücksichtigung von nichtlinearen Effekten untersucht und bewertet. Die betrachteten Nichtlinearitäten beziehen sich auf die bei realen Eisenbahnbrücken festgestellte Amplitudenabhängigkeit der Eigenfrequenzen. Im ersten Teil werden die bei durchgeführten dynamischen Messungen an realen Eisenbahnbrücken detektierten Nichtlinearitäten dargestellt und diskutiert. Der Fokus liegt dabei auf einfeldrigen Stahlbetonplattentragwerken mit Schotteroberbau. Die Grundlagen des nichtlinearen Duffing-Schwingers mit unterlinearer Federkennlinie werden dargelegt und die besonderen Effekte von nichtlinearen Schwingungen werden erläutert. Im zweiten Teil werden numerische Simulationen der Zugüberfahrten unter Betrachtung von nichtlinearen Balkenmodellen durchgeführt. Bei den Simulationsberechnungen wird die Amplitudenabhängigkeit der Eigenfrequenzen berücksichtigt und die Tragwerksantworten bei Zugüberfahrt in der Form von Resonanzkurven dargestellt. Zu Vergleichszwecken werden die Berechnungen auch an linearen Balkenmodellen mit konstanten Eigenfrequenzen durchgeführt und die sich ergebenden Abweichungen diskutiert. Der Einfluss der untersuchten Nichtlinearitäten auf das Schwingungsverhalten von Eisenbahnbrücken wird herausgearbeitet und Empfehlungen für die zukünftige Berücksichtigung dieser Effekte bei dynamischen Berechnungen der Zugüberfahrt werden angegeben.

Dynamic analysis of the train crossing of railway bridges under consideration of non-linear effects
In this article, the vibration response of railway bridges due to train crossing is investigated and evaluated under consideration of nonlinear effects. The considered nonlinearities refer to the amplitude dependency of the natural frequencies, which was observed for several real railway bridges. In the first part, the nonlinearities detected during dynamic measurements on real railway bridges are presented and discussed. The focus is on single-span reinforced concrete slab bridges with ballasted superstructure. In addition, the basics of the nonlinear duffing oscillator with sublinear spring characteristic are presented and the special effects of nonlinear oscillations are explained. In the second part, numerical simulations of train crossings are carried out under consideration of nonlinear beam models. The amplitude dependency of the natural frequencies is taken into account in the simulations and the structural responses during train crossing are presented in the form of resonance curves. For comparison purposes, the calculations are also carried out on linear beam models with constant natural frequencies and the resulting deviations are discussed. The influence of the investigated nonlinearities on the vibration behavior of railway bridges is highlighted and recommendations for the future consideration of these effects in dynamic calculations of train crossing are given.