Die rechnerische Bestimmung der Dämpfung von Stahl-Eisenbahnbrücken - Teil 1: Theorie

Eisenbahnbrücken in Stahlbauweise tendieren aufgrund ihrer schlanken und leichten Konstruktion zu übermäßigen Schwingungsantworten infolge einer dynamischen Belastung. Eine rechnerische Prognose des Schwingungsverhaltens zufolge Zugüberfahrten erfordert neben einer adäquaten Wahl des Berechnungsmodells für Brücke und Zug allen voran die Verwendung wirklichkeitsgetreuer dynamischer Modellparameter. Vergleiche zwischen gemessenen und rechnerisch angesetzten dynamischen Parametern der Brücke sind jedoch häufig durch eine erhebliche Abweichung charakterisiert. Die Diskrepanz ist dabei bei den Dämpfungskennwerten besonders ausgeprägt, da aufgrund der normativen Vorgaben und auch aus Mangel an Kenngrößen rechnerisch konservative Werte angesetzt werden müssen. Mit der Intention, diese Differenz zu minimieren und dadurch Brücken im Sinne einer prädiktiven Instandhaltung berechenbarer zu machen, wird ein Ansatz vorgestellt, welcher es ermöglicht, die Dämpfung von Eisenbahnbrücken mit Schotteroberbau zu berechnen. Für zwei vorab definierte Brückenmodelle, welche einer Erweiterung des Euler-Bernoulli-Balkens entsprechen, werden anhand von Energiebetrachtungen modellzugehörige Bestimmungsgleichungen für die Dämpfung hergeleitet. Das Grundprinzip in der Herleitung besteht darin, die dissipativen Beiträge von Tragkonstruktion und Schotteroberbau zur Gesamtdämpfung gesondert zu erfassen.

Mathematical calculation of the damping value of steel railway bridges - part I: theoretical background
Given their slim and light-weight construction characteristics, steel railway bridges tend to produce excessive vibration responses when undergoing dynamic strains. A preferably close-to-reality calculation of a bridge's vibrations during high-speed traffic must not only rely on the right choice of an adequate calculation model for both bridge and train, but first and foremost on the use of dynamic model parameters which reflect reality. However, comparisons between measured and calculated dynamic parameters of the bridge are often characterised by considerable discrepancies. Such discrepancy is particularly pronounced with regard to damping values, as conservative values have to be used in the calculations due to normative specifications and lack of knowledge. To minimise this difference and therefore make bridges more calculable in the context of predictive maintenance, this paper introduces an approach which allows to calculate the damping value of railway bridges with ballasted track. Using two pre-defined bridge models, which correspond to an enhanced Euler-Bernoulli beam, model-related determination equations for the damping are derived based on energy analyses. The derivation is guided by the basic principle of separately recording the dissipative ratios of the supporting structure and the ballasted track to the damping.