Effekt der Boden-Bauwerksinteraktion auf die Dynamik rahmenartiger Eisenbahnbrücken

Kritische Resonanzerscheinungen an Eisenbahnbrücken verursacht durch Hochgeschwindigkeitszüge führen zu großen Verformungen, Beschleunigungen und Spannungen am Tragwerk und werden maßgeblich von den Eigenfrequenzen beeinflusst und nur durch die Dämpfung begrenzt. Gerade bei Rahmentragwerken mit kurzen Spannweiten ist durch ihre Einbindung in den Untergrund eine starke Boden-Bauwerksinteraktion zu erwarten, die zu einer hohen geometrischen Dämpfung durch Wellenausbreitung im Boden führt. In der vorliegenden Studie wird mittels numerischer Simulationen der Einfluss der Boden-Bauwerksinteraktion auf die Dynamik von rahmenartigen Eisenbahnbrücken anhand von Eigenfrequenzen, Eigenschwingungsformen und äquivalenten Dämpfungskoeffizienten bewertet. Grundlage sind einfache ebene Finite-Elemente(FE)-Modelle, bestehend aus Rahmenstruktur und umliegendem Boden. Aus der nach einem Kraftstoß in der Mitte des Riegels bzw. Stiels folgenden freien Schwingungsantwort wird die Grundfrequenz der Eigenschwingungen in vertikaler bzw. horizontaler Richtung ermittelt. Das Abklingverhalten dieser Antwort dient der Identifikation der effektiven Dämpfung. Um einen umfassenderen Einblick zur Dynamik dieser Tragwerke zu erhalten, werden in einer Parameterstudie die Geometrie des Rahmentragwerks und die Bodenparameter variiert.

Effect of soil-structure interaction on the dynamics of portal frame railway bridges
Critical resonance phenomena on railway bridges caused by high-speed trains lead to large deformations, accelerations and stresses on the structure, which are significantly influenced by the natural frequencies of the structure and only limited by damping. Particularly portal frame structures with short spans are expected to have a strong soil-structure interaction because they are integrated into the subsoil, which leads to a high geometric damping due to wave propagation in the ground. In the present study the influence of soil-structure interaction on the dynamics of frame-type railway bridges is assessed by numerical simulations, based on natural frequencies, natural vibration modes and equivalent damping coefficients. The basis are simple plane finite element (FE) models, which consist of the frame structure and the surrounding soil. From the free vibration response induced by a pulse load in the center of the beam or column, the fundamental frequency in vertical or horizontal direction is determined. The decay of this response is used to identify effective damping. To obtain a more comprehensive insight into the dynamics of these structures, the geometry of the frame model and the soil parameters are varied in a parameter study.