Windinduzierte Schwingungen an den Hängern der ÖBB‐Rheinbrücke

Die ÖBB‐Rheinbrücke bei Lustenau ist ein in ihrer Art neuartiges Stahl‐Betonverbund‐Bogentragwerk mit einer Spannweite von 102 m. Das Haupttragwerk ist ein Langerscher Balken mit zwölf Rundstahlhängern je Brückenseite zu je 100 mm Durchmesser mit einer maximalen Hängerlänge von 18,9 m. Bei derartigen Bogenbrücken mit Stahlhängern können vom Wind angeregte Hängerschwingungen hochfrequente Spannungsschwankungen mit großer Amplitude in den Hängern und deren Anschlüssen hervorrufen. Dies kann sich aus ermüdungstechnischer Sicht als problematisch erweisen. Nach der Fertigstellung der Brücke wurde planmäßig ein umfangreiches Monitoring durchgeführt, welches das Ziel verfolgte, Informationen über die auftretenden Hängerschwingungen und die daraus entstehenden Schädigungen des Materials zu erhalten, sodass festgestellt werden kann, ob schwingungsreduzierende Maßnahmen getroffen werden müssen. Im Zuge des Monitorings und der Auswertung wurde festgestellt, dass vom Wind angeregte Hängerschwingungen bewirken können, dass ermüdungsrelevante Spannungsschwingbreiten auftreten. In diesem Beitrag werden die Auswirkungen von zwei verschiedenen physikalischen Phänomenen – wirbelerregte Querschwingungen und Regen‐Wind‐induzierte Schwingungen – auf die Lebensdauer des Bauwerks diskutiert sowie schwingungsreduzierende Maßnahmen vorgestellt, die zur Abschwächung dieser Effekte beitragen.

The ÖBB‐Rheinbrücke near Lustenau is a new type of steel‐concrete composite arch structure with a span of 102 m. The main supporting structure is a Langer's beam with twelve round steel hangers on each side of the bridge, each 100 mm in diameter, with a maximum hanger length of 18.9 m. In arch bridges of this type with steel hangers, wind‐induced hanger vibrations can cause high‐frequency, high‐amplitude stress fluctuations in the hangers and their connections. This can be problematic from a fatigue point of view. After completion of the bridge, extensive monitoring was carried out as planned with the aim of obtaining information about the hanger vibrations that occur and the resulting damage to the material in order to determine whether vibration‐reducing measures need to be taken. In the course of monitoring and evaluation, it was found that wind‐induced hanger vibrations can cause fatigue‐relevant stress ranges to occur. This article presents the effects of two different physical phenomena, such as vortex‐excited transverse vibrations and rain‐wind‐induced vibrations, on the service life of the structure, as well as vibration‐reducing measures that help to mitigate these effects.