Aeroelastische Untersuchung einer Dachstruktur

Präsentation zum Thema: "Aeroelastische Untersuchung einer Dachstruktur"—  Präsentation transkript:

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

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

3 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

4 Neue Gestaltung

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

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

7 Windbelastung II nicht statische Beiträge  instationäre Aerodynamik
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!

8 Numerische Berechnung der instationären Luftkräfte
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

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

10 Bewegte Rechennetze - aus Fourier-Reihe
Bewegte Rechennetze - aus Fourier-Reihe

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

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

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

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

15 Zusammenfassung Für die betrachteten Eigenformen mit den niedrigsten Eigenfrequenzen (1.49 Hz 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!

16 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit