Aeroelastische Untersuchung einer Dachstruktur 08.12.2018 Aeroelastische Untersuchung einer Dachstruktur Wien, 23. September 2010 Dr. Bernd Hagenah, Dr. Helmut Steiner (ÖBB)

Inhalt Ausgangslage - Situation Bahnhofplanung Graz 08.12.2018 Inhalt Ausgangslage - Situation Bahnhofplanung Graz Aerodynamische Lasten auf Bauwerke Untersuchung des Bahnhofsdaches Ergebnisse Zusammenfassung

08.12.2018 Ausgangslage ÖBB plant Bahnhofsgestaltung mit Überdachung mehrerer Gleise Dachkonstruktion als schlanke bogenförmige Stahlträgerkonstruktion Abstand der Träger bis zu 35 m - grosse Stützweite! Längsausrichtung des Daches entspricht Hauptwindrichtung

08.12.2018 Neue Gestaltung

Aerodynamische Lasten auf die Dachstruktur 08.12.2018 Aerodynamische Lasten auf die Dachstruktur zugbedingte Lasten F = f(Abstand, vZug, AZug, lZug, λZug, cW, …) Belastung kurzzeitig mit wechselndem Vorzeichen

08.12.2018 Windbelastung I statische Belastung durch Anströmung  stationäre Aerodynamik statische Auslenkung  primär Auftrieb oder Abtrieb

Windbelastung II nicht statische Beiträge  instationäre Aerodynamik 08.12.2018 Windbelastung II nicht statische Beiträge  instationäre Aerodynamik Wirbelresonanzanregung : Durch periodische Wirbelablösung werden schwingungsanregende Luftkräfte erzeugt (Tacoma Narrows Bridge) Flattern : Zusätzliche Luftkräfte aufgrund von Auslenkungen aus der Ruhelage Phasenlage der bewegungsinduzierten Luftkräfte von Bedeutung Eilen die bewegungsinduzierten Luftkräfte der Phasenlage vor:  Anfachung Beschäftigung mit Fragestellung in Entwurfsphase!

Numerische Berechnung der instationären Luftkräfte 08.12.2018 Numerische Berechnung der instationären Luftkräfte Häufig 2D Schnitte ausreichend - Streifentheorie Hier "aerodynamisch glattes Profil" - Ablösung nicht von Bedeutung 2D-Euler-Verfahren ausreichend zur Problemlösung Vorgehen: 1. Strukturdynamischen Eigenformen sind vorgegeben symmetrisch und antisymmetrisch

08.12.2018 Windbelastung II 2. Netzgenerierung - idealerweise mittels konturangepassten Netzen Netz: 1 x Ruhelage, 1 x obere Auslenkung, 1 x untere Auslenkung

Bewegte Rechennetze - aus Fourier-Reihe 08.12.2018 Bewegte Rechennetze - aus Fourier-Reihe

Physik Druckbeiwert Lokaler Arbeitsbeiwert Arbeit pro Flächeneinheit 08.12.2018 Physik Druckbeiwert Lokaler Arbeitsbeiwert Arbeit pro Flächeneinheit Mittlere Leistung pro Flächeneinheit Strouhal-Zahl

08.12.2018 Ergebnis Instationäre Druckerteilung für die 1. Eigenform (f = 1.49 Hz)

Ergebnis Lokaler Arbeitsbeiwert für die 1. Eigenform (f = 1.49 Hz) 08.12.2018 Ergebnis Lokaler Arbeitsbeiwert für die 1. Eigenform (f = 1.49 Hz) negative Anteile: Anfachung positive Anteile: Dämpfung

Ergebnis Lokaler Arbeitsbeiwert für die 1. Eigenform (f = 1.49 Hz) bei unterschiedlichen Anströmgeschwindigkeiten

Zusammenfassung Für die betrachteten Eigenformen mit den niedrigsten Eigenfrequenzen (1.49 Hz - 2.61 Hz) ist bei Luftgeschwindigkeiten von bis zu 36 m/s keine aerodynamische Anregung zu erwarten. Alle betrachteten Rechenfälle sind aerodynamisch gedämpft Mit zunehmenden Anströmgeschwindigkeiten nimmt die aerodynamische Dämpfung ab. Die aeroelastische Stabilität der Dachkonstruktion ist für die Anströmgeschwindigkeit gemäss ÖNORM von 20.4 m/s nachgewiesen. Fragestellung war gerechtfertigt!

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