Vereinfachte Simulation von Zugüberfahrten - Dynamische Bemessung von WiB-Eisenbahnverbundbrücken mit äquivalenten Einmassensystemen

Die Bemessung balkenartiger, einfeldriger Eisenbahnbrücken in WiB-Bauweise ist maßgeblich an Fragestellungen zur zuverlässigen Abschätzung möglicher Resonanzrisiken gekoppelt. Bekanntlich verhalten sich WiB-Brücken in der Realität deutlich günstiger als anhand von Berechnungen prognostiziert. In vielen Fällen kann der vereinfachte rechnerische Resonanznachweis gemäß DIN EN 1991-2 für Überfahrtsgeschwindigkeiten vö ≤ 200 km/h nicht erbracht werden, sodass eine Vielzahl von Zugüberfahrten anhand numerischer Modelle zu simulieren ist. Bei vö > 200 km/h sind immer Simulationsrechnungen erforderlich.
Der vorliegende Beitrag zeigt, wie anhand äquivalenter Einmassensysteme Zugüberfahrten simuliert werden können. Am äquivalenten System werden zunächst vertikale Durchbiegungen und Beschleunigungen in Feldmitte des Ausgangsbalkensystems ermittelt. Aus den Ergebnissen lassen sich alle bemessungsrelevanten Zustandsgrößen ermitteln. Die signifikante Zeitersparnis im Vergleich zur Berechnung mit einem Balkensystems resultiert daraus, dass die entsprechenden Zustandsgrößen lediglich an relevanten Stellen im System ermittelt werden.
In diesem Beitrag werden ideal gelenkig gelagerte Balkensysteme und Balkensysteme mit zusätzlichen Drehfedern an den Auflagern (Abbildung der Einspannwirkung von über die Brückenenden hinauslaufenden Gleisen) in äquivalente Einmassensysteme überführt. Die am äquivalenten System ermittelten Ergebnisse werden durch Vergleichsrechnungen an Balkensystemen verifiziert.

Simplified simulation of train crossings - dynamic design of filler beam railway bridges using an equivalent SDOF system
Design of simply supported longitudinal filler beam bridges is strongly linked with questions regarding reliable estimation of a possible resonance risk. As is generally known, filler beam bridges behave much better in reality than predicted by calculation. In many cases, a simplified formula based resonance check provided by EN 1991-2 for crossing velocities vö ≤ 200 km/h cannot be fulfilled. Thus, a high number of train crossings have to be simulated with numerical models. For vö > 200 km/h, simulations always have to be performed.
This paper demonstrates, how to simulate train crossings with an equivalent single-degree-of-freedom (SDOF) system. With the equivalent system vertical deflections and accelerations are calculated in mid-span of the original beam system. From these results all parameters required for design can be derived. This significantly saves time as respective parameters are only calculated and evaluated for relevant spots in the system.
An ideally hinged beam system and a beam system with additional rotational springs, (where the springs represent the restraining effect of tracks overlapping the bridgés ends) are transformed into equivalent SDOF systems. Results obtained with an equivalent model are verified by comparison with results obtained with a beam model.