Einsatz von multiplen Schwingungstilger-Systemen an schlanken Fussgaengerbruecken

The application of multiple tuned mass damper systems at slender footbridges

Der Einsatz von Schwingungstilgern zur Erhoehung der Gebrauchstauglichkeit von Fussgaengerbruecken gehoert in der Zwischenzeit zum Standard und erlaubt den Tragwerksplanern die Realisierung filigraner Bauwerke. Im Regelfall wird ein Schwingungstilger zur Reduktion von Schwingungen in einer vertikalen oder lateralen Eigenform eingesetzt, welche in einem kritischen Frequenzbereich, also dem ueblichen Bereich der Schrittfrequenzen liegen. Besonders schlanke beziehungsweise leichte Bruecken weisen jedoch zahlreiche Eigenformen innerhalb dieses kritischen Bereichs auf, sodass – will man vermeiden, dass je Eigenform in dem kritischen Frequenzbereich ein Tilgersystem appliziert wird – die Konzepte zur Applikation von Schwingungstilgen angepasst werden muessen. Des Weiteren weisen schlanke Fussgaengerbruecken groessere Verschiebungen der Eigenfrequenzen in Abhaengigkeit von der Personenanzahl auf dem Brueckendeck auf, sodass zusaetzlich zu der Wirksamkeit fuer mehrere Schwingungsmoden auch eine entsprechend grosse Robustheit des Schwingungstilger-Konzepts gegenueber diesen Frequenzverschiebungen erforderlich ist. In der Vergangenheit wurden multiple Schwingungstilger-Systeme vornehmlich mit dem Ziel einer Erhoehung der Wirksamkeit passiver Systeme bei stochastischer Anregung untersucht. Da die dynamische Schwingungsantwort von schlanken Fussgaengerbruecken bei Anregung durch Personen aufgrund der Anregung mehrerer Eigenfrequenzen sowie erzwungener Schwingungen im Bereich der Schrittfrequenz ebenfalls stochastische Zuege aufweist, bietet es sich an, solche Konzepte ebenfalls auf Brueckendecks zu applizieren. Der Beitrag soll zunaechst das typische Schwingungsverhalten schlanker Fussgaengerbruecken an praktischen Beispielen demonstrieren. Basierend auf den gezeigten Effekten wird ein fuer Fussgaengerbruecken optimiertes Konzept vorgestellt. Hierzu werden die mathematischen Grundlagen zur Optimierung erlaeutert und Hinweise zur Auswahl abzudeckender Frequenzbereiche sowie zur Massenaufteilung und Abstimmung dargelegt. Abschliessend werden Ergebnisse numerischer Berechnungen einer Seilbrueckenstruktur vorgestellt, bei denen ein spezielles Augenmerk auf die Robustheit des Systems gegenueber belastungsbedingten Frequenzverschiebungen sowie der charakteristischen Belastung durch Fussgaenger gelegt wurde. (A) ABSTRACT IN ENGLISH: While for standard footbridges only a few vibration modes are within the critical footfall frequency range and have to be considered for the dynamic design, lightweight structures display multiple modes in that frequency range. Furthermore the modal masses are very little so also the smaller load components for the excitation of higher harmonic vibration modes can become significant to assess the vibration susceptibility. Various observations have been made during experimental tests of these structures and will be introduced in this contribution using the example of a canopy walk structure and a stress ribbon bridge. To understand the observed effects at such continuous dynamic systems for pedestrian loading, numerical calculations have been performed for which a similar lightweight structure has been modeled and pedestrian loading was simulated with several footfall frequencies. Similar to the experimentally investigated structures it was found that the multimodal dynamic response of the bridges strongly depends on the pedestrian loading (footfall frequency). Experimental tests have shown that the application of a tuned mass damper system to dampen only the critical mode that is within the footfall frequency range is not sufficient to reduce the multi-modal dynamic response of the lightweight bridge structures under pedestrian load so the occurring accelerations remain below certain comfort levels. Therefore the concept of multiple tuned mass dampers was introduced to the bridge structure and its practicability was investigated. (A)

Language

  • German

Media Info

  • Media Type: Print
  • Features: Figures; References;
  • Pagination: pp 366-72
  • Serial:
    • Stahlbau
    • Volume: 86
    • Issue Number: 4
    • Publisher: Ernst & Sohn GmbH
    • ISSN: 0038-9145

Subject/Index Terms

Filing Info

  • Accession Number: 01642862
  • Record Type: Publication
  • Source Agency: Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt)
  • Files: ITRD
  • Created Date: Jun 30 2017 4:28AM