Structural safety of RC bridge piers under train impact
Autor: Minu Lee
Sprache: Englisch
ETH-Collection: externe Seitehttps://doi.org/10.3929/ethz-b-000596046
Kurzfassung
Die Tragsicherheit von anprallgefährdeten Brückenbauteilen im Bahnbereich ist bislang nur ungenügend untersucht worden. Die heute gültigen normativen Verfahren verwenden statisch äquivalente Ersatzlasten, welche nicht auf mechanisch konsistenten Grundlagen basieren. Im Rahmen dieser Masterarbeit wurden das dynamische Verhalten von anprallendem Zug und angeprallter Stütze sowie deren Einflussparameter genauer studiert.
Mithilfe eines Finite-Elemente-Modells wurden statische und dynamische Zeitverlaufsanalysen durchgeführt, wobei der Zug vereinfacht als Punktmasse mit elastisch-plastischem Federgesetz modelliert wurde. Es wurden dabei verschiedene statische Systeme, Querschnittsformen sowie die Einbindung der Stütze in ein globales Brückensystem untersucht.
Basierend auf den daraus folgenden Erkenntnissen konnte die komplexe dreidimensionale Brückenstruktur zu einem äquivalenten Ein-Massen-Schwinger-System reduziert werden. Die grossen Steifigkeitsunterschiede von Zug und Stütze erlaubten die Vernachlässigung der dynamischen Interaktion beider Objekte und die Trennung in zwei unabhängige Systeme, welche lediglich durch den Kraft-Zeitverlauf der Einwirkung miteinander gekoppelt sind. Gestützt auf einfachen dynamischen Gleichgewichtsüberlegungen konnte ein analytisches Näherungsverfahren zur Abschätzung des plastischen Verformungsbedarfs und der Verformungskapazität hergeleitet werden. Der Vergleich mit den FE-Berechnungen zeigte für die betrachteten Beispiele eine zufriedenstellende Genauigkeit.
Die Arbeit hat gezeigt, dass für die Beurteilung der Tragsicherheit unter Bahnanprall nicht nur der Widerstand, sondern insbesondere auch das Verformungsvermögen des Bauwerks massgebend ist. Die Resultate sind aber hoch sensitiv bezüglich der mechanischen Parameter der Stütze und der Anprallgeschwindigkeit des Zuges. In einem weiteren Schritt sollten daher die Einflüsse aus der natürlichen Variabilität der Material- und Systemeigenschaften sowie aus der Modellungenauigkeiten mithilfe von probabilistischen Methoden näher untersucht werden.
