Forschungsbericht 2009



Erhöhung der aerolastischen Stabilität schlanker Brücken

Institut: Baustatik und Stahlbau
Projektleitung: Prof. Dr.-Ing. Uwe Starossek
Stellvertretende Projektleitung: Prof. Dr.-Ing. Uwe Starossek
Mitarbeiter/innen: Dipl.-Ing. Jörn Scheller
Projektnummer: E.3-08.105
Laufzeit: 31.12.2005 - 31.12.2010
Finanzierung: DFG


 

Der anhaltende Trend zu immer weiter gespannten Brücken -- der Baubeginn der mit 3300m Spannweite längsten Hängebrücke der Welt, der Brücke über die Meerenge von Messina ist für das Jahr 2006 geplant -- rückt die Problematik der Schwingungsanfälligkeit derartiger Tragwerke verstärkt in den Blickpunkt der Entwurfsingenieure und Forscher. Besonderes Gewicht fällt dabei auf den Nachweis der Flatterstabilität. Das Flattern des Brückenträgers ist ein aeroelastisches Instabilitätsphänomen, das beispielsweise 1940 zu dem spektakulären Einsturz der ersten Tacoma Narrows Brücke führte. Um Flatterschwingungen zu verhindern, ist es gängige Praxis, den Entwurfsschwerpunkt entweder auf eine möglichst hohe Torsionssteifigkeit oder auf eine aerodynamisch optimierte Querschnittsform des Trägers zu legen. Als jeweilige Beispiele seien die neue Tacoma Narrows Brücke in den USA und die Severn-Brücke in England genannt.Im Bereich enormer Spanweiten führen diese Bauweisen neben hohen Kosten entweder zu extremen Bauhöhen mit entsprechend großen Windangriffsflächen oder zu einem nicht mehr akzeptablen Eigengewicht. Das Schwingungsverhalten kann alternativ durch zusätzliches, gezieltes Einleiten von Kräften günstig beeinflusstwerden. Dies geschieht etwa durch das Ausnutzen von Massenträgheiten oder durch bewegliche aerodynamisch wirksame Kontrollflächen. Diese kräftegenerierende Systeme können dabei aktiv, semi-aktiv, passiv oder hybrid sein. Obwohl sich in der Literatur zahlreiche Vorschläge für derartige Vorrichtungen finden lassen, kommen sie kaum zur Anwendung. So ist eine aktive Schwingungskontrolle im Brückenbau bisher noch nicht realisiert worden.Ziel der Forschung ist die Entwicklung solcher Vorrichtungen sowie der rechnerische und experimentelle Nachweis ihrer Funktionsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit.

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