Preisträgerin 2017

Kurzfassung

Ziel der Masterarbeit ist die numerische Untersuchung der vom Ingenieurbüro Schlaich, Bergermann & Partner entworfenen Fußgängerbrücke in Sassnitz hinsichtlich ihres Schwingungsverhaltens infolge der Begehung durch Fußgänger. Ein wesentlicher Arbeitsschwerpunkt ist die Modellierung der Fußgängerbrücke als dreidimensionales Stabwerkmodell sowie die Berücksichtigung der nichtlinearen Deformationen des Seilnetzes. Für die numerische Untersuchung wird ein eigenes Stabwerkprogramm nach dem Weggrößenverfahren in Matrizenschreibweise entwickelt, das das Trag- und Verformungsverhalten von Stäben und Seilen im Raum in Bezug auf Normalkraft-, Biege- und Torsionsbeanspruchungen abbilden kann. Herausforderungen liegen dabei sowohl in der Modellierung der komplexen Geometrie mit im Raum gedrehten Bernoulli-Balkenelementen als auch in der nichtlinearen Berechnung der Seilabspannungen.

Die Analyse des Schwingungsverhaltens folgt in erster Linie der numerischen Untersuchung der dynamischen Brückeneigenschaften mithilfe der Bewegungs-DGL. Die aus der Lösung des Eigenwertproblems folgenden Eigenfrequenzen und Eigenschwingungsformen werden kategorisiert und bewertet. Insbesondere vertikale und horizontale Schwingungen beeinträchtigen das Wohlbefinden der Passanten und damit die Gebrauchstauglichkeit der Brücke. Der Vergleich der berechneten Eigenfrequenzen mit den typischen Erregerfrequenzen nach Eurocode 1 - 2 für eine Begehung durch Fußgänger zeigt, dass das Schwingungsverhalten der ausgewählten Brücke als kritisch eingestuft werden muss, obwohl die Brücke in praktischen Schwingungstests besteht. Verschiedene Maßnahmen zur Verringerung der Tragwerksbewegungen werden überprüft. Als besonders wirksam kommen den Berechnungen zufolge eine Veränderung der Lagerung des Brückenüberbaus und der Einbau von Schwingungstilgern infrage.

Die numerischen Untersuchungen bestätigen die Angaben des planenden Ingenieurbüros, was die Akzeptanz des verwendeten Stabwerkmodells untermauert.