Titelaufnahme

Titel
Schwingungsdämpfung von Baukonstruktionen, insbesondere von Brücken / Michael Reiterer
VerfasserReiterer, Michael
Begutachter / BegutachterinIrschik, Hans ; Ziegler, Franz
Erschienen2004
UmfangXI, 352 Bl. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftWien, Techn. Univ., Diss., 2004
Anmerkung
Zsfassung in engl. Sprache
SpracheDeutsch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-9033 Persistent Identifier (URN)
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Schwingungsdämpfung von Baukonstruktionen, insbesondere von Brücken [15.57 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Die vorliegende Dissertation behandelt die Schwingungsdämpfung von Baukonstruktionen, insbesondere von Brücken, durch den Einsatz von optimal abgestimmten Flüssigkeitstilgern. Diese bestehen aus einem teilweise mit Flüssigkeit gefüllten U-förmigen Rohrsystem. Die zufolge einer äußeren Anregung induzierten Strukturschwingungen rufen eine phasenverschobene Bewegung der Flüssigkeitssäule hervor. Die Schwingungsenergie wird dann über eine viskose und turbulente Rohrströmung dissipiert. Zur Erzielung des gewünschten Dämpfungsverhaltens wird eine mechanische Blende in den Flüssigkeitsstrom eingebaut. Der Anwendungsbereich der Tilger beschränkt sich dabei auf Frequenzen bis ca. 3.5-4.0 Hz, wobei ab ca. 0.5 Hz unbedingt eine Luftfeder durch Verschließen der Rohrenden auszuführen ist.

Der Einsatz von Flüssigkeitstilgern zur Reduzierung von Brückenschwingungen wird numerisch und experimentell untersucht.

Insbesondere werden personeninduzierte Schwingungen von Fußgängerbrücken betrachtet, und die dynamischen Kontaktkräfte des komplexen Systems "Mensch" während des Bewegungsvorganges werden analysiert. In weiterer Folge wird auf das für Fußgängerbrücken äußerst gefährliche Rückkoppelungs- bzw. Synchronisationsphänomen näher eingegangen, bei dem eine anfangs regellos fortbewegende Fußgängergruppe die Schrittfrequenz an eine benachbarte Eigenfrequenz der Brücke in natürlicher Reaktion auf die Bewegung der Unterlage anpasst. In Anlehnung an diese theoretischen Untersuchungen wird die Tilgung von personeninduzierten Schwingungen anhand ausgewählter schwingungsanfälliger Fußgängerbrücken, nämlich der Millennium Bridge in London, der Toda Park Bridge in Japan und einer selbst entworfenen fiktiven Fußgängerbrücke, dargelegt. Simulationen zeigen, dass die unzulässigen Schwingungsantworten aller Fußgängerbrücken durch die Installation von optimal abgestimmten geschlossenen Flüssigkeitstilgern mit Luftfeder erfolgreich und wirtschaftlich reduziert werden können. Im Falle der Millennium Bridge wären insgesamt fünf optimierte Flüssigkeitstilger mit Luftfeder zu installieren gewesen. Diese hätten zur Gebrauchstauglichkeit geführt, mit einem Bruchteil der tatsächlich aufgewendeten Sanierungskosten.

Zusammenfassung (Englisch)

The damping of vibration-prone civil engineering structures, with emphasis on bridges, by means of optimally tuned liquid column dampers (TLCD) is discussed in detail. A TLCD is an innovative vibration-absorbing device in the low frequency range, which relies on the motion of a liquid mass in a sealed tube to counteract the external motion while a built-in orifice plate induces turbulent damping forces that dissipate kinetic energy. The air-spring effectively increases the frequency range of applicability above 0.5 Hz .In the main part of this dissertation, the application of TLCD to long span bridges, especially to footbridges, is studied numerically and experimentally. Recent problems in footbridge constructions give reason to a detailed analysis of the dynamic interaction forces caused by human body motions.

Especially the phenomenon of "synchronization", by which people respond naturally to a vibrating bridge when one of its natural frequencies is close to the walking or running frequency, is discussed in detail. The dynamics of the following three footbridges is considered: the Millennium Bridge in London, the Toda Park Bridge in Japan and a fictitiously designed footbridge. All numerical simulations indicate that the installation of a suitable number of sealed TLCD increases the effective structural damping above the required cut-off values. For retrofitting the Millennium Bridge, five sealed TLCD would have been necessary to secure its serviceability, requiring just a fraction of the actual installation costs. Due to the increasing importance of dynamic wind loads for long span bridges an optimization method for sealed TLCD, specifically applied to suppress wind-induced vibrations, is presented.