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Messung der dynamischen Eigenschaften einer VFT-Eisenbahnbrücke in Österreich

Messung der dynamischen Eigenschaften einer VFT-Eisenbahnbrücke in Österreich

Schwarzach-St. Veit/Hannover. Im Rahmen des FOSTA Forschungsprojekts „Dynamische Auslegung von Verbundbrücken mit integralen Widerlagern“ (DynAFrame) wurde am 30.03.2016 durch das Institut für Massivbau eine Messung der dynamischen Eigenschaften der Salzachbrücke bei Schwarzach-St. Veit in Österreich durchgeführt.

Bei der Salzachbrücke handelt es sich um eine einfeldrige Eisenbahnbrücke in integraler Verbundfertigteilträger (VFT)-Bauweise. Das Tragwerk wird durch zwei geschweißte, einwandige Vollwandträger mit einer nachträglich aufbetonierten Betonplatte gebildet. Die Vollwandträger sind in die Widerlager einbetoniert wodurch eine Einspannwirkung erzeugt wird. Ziel der Untersuchung war es, im Zuge des Neubaus die Eigenformen sowie die zugehörigen Eigenfrequenzen und Dämpfungswerte zu bestimmen, um Veränderungen und Einflüsse verschiedener Bauzustände zu ermitteln. Insbesondere von der Widerlagerhinterfüllung wird ein positiver Effekt auf die Eigenfrequenzen und Dämpfungswerte des Brückentragwerks erhofft, da das Mitwirken des hinterfüllten Bodens einen Zuwachs der Systemsteifigkeit und –dämpfung bewirkt.

Im Zuge der ersten Messkampagne, bei der die Widerlager der Salzachbrücke noch nicht hinterfüllt waren und noch kein Oberbau aufgebracht war, führten das Institut für Massivbau und die RWTH Aachen (Institut für Stahlbau) in Zusammenarbeit mit dem Ingenieurbüro für Bauwerkserhaltung Weimar (IBW) die Messung der dynamischen Brückeneigenschaften durch. Dabei wurden mit Hilfe von piezoelektrischen Beschleunigungssensoren die Schwingbeschleunigungen auf der gesamten Brücke erfasst und nachträglich ausgewertet.

In einer ersten Messung wurden die vertikalen und horizontalen Schwingbeschleunigungen der Brücke infolge ambienter Anregung (Anregung aus der Umgebung und aus der Umwelt wie z.B. Wind) gemessen. Innerhalb der zweiten Messung wurde die Brücke durch einen servohydraulischen Schwingungserreger, welcher durch die Mitarbeiter des IBW bedient wurde, mit einer sinusförmigen Kraft angeregt. Hierbei wurde die Belastungsfrequenz von 0,5 Hz auf 30 Hz linear gesteigert. Der Schwingungserreger wurde zum einen in Feldmitte und zum anderen im Viertelspunkt der Brücke installiert, wodurch die Biegeeigenformen mit Eigenfrequenzen unter 30 Hz gezielt angeregt werden konnten. Um Brückenschäden infolge der Schwingungen zu vermeiden wurden die gemessenen Schwingbeschleunigungen stets überwacht. Die Schwingbeschleunigungen überschritten zu keinem Zeitpunkt den Versuchsgrenzwert. Für die dritte und letzte Messung wurde die Brücke durch einen 200 kg schweren Sandsack angeregt, der aus einer Höhe von 1,60 m in Feldmitte und im Viertelspunkt auf die Betonplatte fallen gelassen wurde. 

Durch die hervorragende technische Ausstattung und der fachlichen Kompetenz der beteiligten Mitarbeiter und der örtlichen Bauleitung konnte die Messaufgabe innerhalb eines Tages durchgeführt werden. Auch die Datenauswertung erfolgte im Nachgang binnen kürzester Zeit. Aus den Messungen der ambienten Anregung, der sinusförmigen Anregung sowie der Impulsanregung konnten die Eigenformen, Eigenfrequenzen und Dämpfungswerte mit einer hervorragenden Übereinstimmung berechnet werden. Aus allen drei Arten der Anregung ließ sich durch Kombination der Messergebnisse jede einzelne Schwingform exakt identifizieren. Aufgrund des verwendeten Messlayouts war die Identifikation von vertikalen und horizontalen Biegeeigenformen, Querbiegeeigenformen und Torsionseigenformen möglich.

Anhand zwei weiterer Messkampagnen „Bauwerk mit Hinterfüllung aber ohne Ausbauten“ und „Bauwerk mit Hinterfüllung und Ausbauten“ sollen die Einflüsse der Widerlagerhinterfüllung sowie der Brückenausbauten (Kappen, Schotter, Gleis) gezielt bestimmt werden.

Das Institut für Massivbau bedankt sich bei allen Beteiligten für die hervorragende Zusammenarbeit.

 

Ansprechpartner:
Ralf Herrmann, M.Sc.   
Dipl.-Ing. Sebastian Schneider