Dynamische Analyse der Zugüberfahrt bei Eisenbahnbrücken unter Berücksichtigung von nichtlinearen Effekten

Abstract Im Artikel wird das Schwingungsantwortverhalten von Eisenbahnbrücken infolge Zugüberfahrt unter Berücksichtigung von nichtlinearen Effekten untersucht und bewertet. Die betrachteten Nichtlinearitäten beziehen sich auf die bei realen Eisenbahnbrücken festgestellte Amplitudenabhängigkeit der Eigenfrequenzen. Im ersten Teil werden die bei durchgeführten dynamischen Messungen an realen Eisenbahnbrücken detektierten Nichtlinearitäten dargestellt und diskutiert. Der Fokus liegt dabei auf einfeldrigen Stahlbetonplattentragwerken mit Schotteroberbau. Die Grundlagen des nichtlinearen Duffing‐Schwingers mit unterlinearer Federkennlinie werden dargelegt und die besonderen Effekte von nichtlinearen Schwingungen werden erläutert. Im zweiten Teil werden numerische Simulationen der Zugüberfahrten unter Betrachtung von nichtlinearen Balkenmodellen durchgeführt. Bei den Simulationsberechnungen wird die Amplitudenabhängigkeit der Eigenfrequenzen berücksichtigt und die Tragwerksantworten bei Zugüberfahrt in der Form von Resonanzkurven dargestellt. Zu Vergleichszwecken werden die Berechnungen auch an linearen Balkenmodellen mit konstanten Eigenfrequenzen durchgeführt und die sich ergebenden Abweichungen diskutiert. Der Einfluss der untersuchten Nichtlinearitäten auf das Schwingungsverhalten von Eisenbahnbrücken wird herausgearbeitet und Empfehlungen für die zukünftige Berücksichtigung dieser Effekte bei dynamischen Berechnungen der Zugüberfahrt werden angegeben.