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Systematische Untersuchung des Schwingungsverhaltens sehr schlanker Bauteile (Windverbände und Hänger von Brücken) im Wind im Hinblick auf geeignete Konstruktions- und Bemessungsregeln (z.B. in DIN 18 809 und den Eurocodes)
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IDN 704384
Forschungsstelle RWTH Aachen, Institut für Stahlbau (Prof. Dr.-Ing. G. Sedlacek)
Bearbeiter Ruscheweyh, H.
Hortmanns, M.
Zillinger, W.
Auftraggeber Bundesministerium für Verkehr, Bonn
Stand Abschluss: Juni 1992

Das vorliegende Forschungsvorhaben liefert eine umfangreiche Ergänzung wichtiger aerodynamischer Beiwerte zur Berechnung von wirbelerregten- und Gallopingschwingungen an schlanken Bauteilen im natürlichen Wind. Ein Bauteil wird im Rahmen dieser Untersuchungen als schlank bezeichnet, wenn sein I/d Verhältnis größer als 10 ist (I = Bauteillänge, d =Bauteilbreite). Die untersuchten Profiltypen entsprechen in der Praxis gebräuchlichen Formen. Hierzu zählen z.B.: Rechteckprofile, I-Profile, T-Profile, Kreuzprofile, L-Profile und der Kreis. Mit Hilfe von Versuchen wurden fehlende Werte wie Strouhalzahlen, Erregerkraftbeiwerte oder Stabilitätsparameter (dc(Index y)/d alpha) ermittelt. In einer Wasserwanne wurden zunächst Strömungaufnahmen für verschiedene Anströmwinkel erstellt. Die Auswertung dieser Aufnahmen führte zu einem umfangreichen Programm für die Windkanalmessungen. Für die Windkanalversuche wurden freischwingende Sectionmodelle verwendet. An diesen wurden die benötigten Beiwerte für verschiedene Anströmwinkel und insbesonders für verschiedene Turbulenzgrade gemessen. Der Einfluss der Turbulenz auf wirbelerregte Schwingungen ist durchweg gering. Gallopingschwingungen sind jedoch wesentlich stärker von der Turbulenz abhängig. Die Untersuchungen zeigen jedoch keine eindeutige Tendenz. Ob ein Profil, das bei kleiner Turbulenzintensität stabil war, mit zunehmender Turbulenzintensität instabil wird, hängt stark von der Profilform ab. Das beschriebene Verhalten tritt z.B. beim l-Profil (Anströmwinkel alpha=5 °) auf. Das Quadratprofil hingegen zeigt bei einem Anströmwinkel von alpha=10 ° ein umgekehrtes Verhalten. Weiterhin wurde festgestellt, dass die gemessenen Stabilitätsparameter dc(Index y)/d alpha für Gallopingschwingungen zum Teil stark von den bekannten statisch ermittelten Beiwerten abweichen. Dies zeigt, dass die Luftkraftterme, die an die Schwingbewegung des Systems gekoppelt sind, nicht vernachlässigt werden dürfen. Die vorhandenen statischen Beiwerte führen vielfach zu konservativen Ergebnissen. Es gibt jedoch Ausnahmefälle, in denen die statischen Beiwerte ein System als stabil identifizieren, obwohl es instabil werden kann. Aus diesem Grund sollten die Stabilitätsbeiwerte nur an frei schwingenden Modellen ermittelt werden. Die Ergebnisse der Untersuchungen sind in einem umfangreichen Tabellenwerk mit einigen Beispielrechnungen aufbereitet worden.

Veröffentlichung Ruscheweyh, H.; Hortmanns, M.; Zillinger, W.: Systematische Untersuchung des Schwingungsverhaltens sehr schlanker Bauteile ( Windverbände und Hänger von Brücken) im Wind im Hinblick auf geeignete Konstruktions- und Bemessungsregeln (z.B. in DIN 18809 und den Eurocodes). Forschung Straßenbau und Straßenverkehrstechnik (BMV, Bonn) H. 634, 1992, 214 S.