Aktive Schwingungskontrolle einer Spannbandbrücke mit pneumatischen Aktuatoren

Neue Materialien und Technologien erlauben nicht nur Entwurf und Konstruktion ultraleichter und schlanker, sondern auch nachhaltiger Brücken. Mit dem höchstfesten Material kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff wurde eine Spannbandbrücke entworfen und gebaut, die mit nur 1 mm Konstruktionshöhe 13 m weit spannt. Um ihre außergewöhnlich hohe Schwingungs anfälligkeit unter Fußgängerverkehr zu reduzieren, wurde eine aktive Schwingungskontrolle entwickelt und an einem Prototypen getestet. Das Konzept zur aktiven Schwingungskontrolle basiert auf dem geregelten Eintrag von Kräften in die Geländerkonstruktion. Zum Einsatz kommen Sensoren, Regelungskonzepte und biologisch inspirierte Aktuatoren, die als aktives System die ersten drei vertikalen Eigenschwingungen der Brücke kontrollieren. Ein wesentliches Element im Entwicklungsprozess des aktiven Systems ist die analytische Modellbildung der Spannbandbrücke, welche dem Entwurf modellbasierter Regelungen zur Kontrolle der Brückenschwingungen dient. Die Effektivität der aktiven Schwingungskontrolle zeigt sich dann durch eine deutliche Reduktion fußgängerinduzierter Beschleunigungen um bis zu 90 % und bestätigt damit auch das Potenzial aktiver Systeme.

Multimodal active vibration control of a stress ribbon bridge using pneumatic muscle actuators.
New materials and technologies not only allow building ultralight and slender bridges, they also enable the construction of sustainable bridges. By using high-strength carbon fibre reinforced plastic, a very light and flexible stress ribbon footbridge with a span of 13 m and a structural height of only 1 mm was designed and built in the lab of the Chair of Conceptual and Structural Design at TU Berlin. In order to counteract the high level of pedestrian-induced vibrations, an active vibration control concept was developed and applied to the prototype. This concept consists of sensors, closed loop controls and biologically inspired actuators. The actuators are embedded into the handrail to control the first three vertical modes of the bridge. One basic element for the development of the active system is the modelling of the bridge to design model-based controller. The efficiency of the multimodal active vibration control and the potential of active systems are shown by an enormous reduction of pedestrian-induced accelerations up to 90 %.