Filtern
Erscheinungsjahr
Dokumenttyp
- Beitrag zu einem Tagungsband (66) (entfernen)
Schlagworte
- Ground vibration (11)
- Finite-element boundary-element method (4)
- Layered soil (4)
- Railway track (4)
- Bahnerschütterungen (3)
- Building vibration (3)
- Hammer impact (3)
- Slab track (3)
- Track-soil interaction (3)
- Vibration measurements (3)
- Container loading (2)
- Drop test (2)
- Field tests (2)
- Foundation load (2)
- Layered soils (2)
- Measurement (2)
- Mitigation (2)
- Soil properties (2)
- Soil-building interaction (2)
- Soil-wall-floor model (2)
- Train passage (2)
- Train speed (2)
- Train-induced ground vibration (2)
- Vehicle-track interaction (2)
- Vehicle-track-soil interaction (2)
- 1-D insertion loss (1)
- 2-span bridge (1)
- Achsfolgespektren (1)
- Amplitude-charge weight laws (1)
- Amplitude-distance laws (1)
- Apartment building (1)
- Assessment (1)
- Attenuation (1)
- Axle impulses (1)
- Axle loads (1)
- Axle sequence (1)
- Axle-sequence spectrum (1)
- Ballast track (1)
- Ballast tracks (1)
- Bauteile (1)
- Bauwerke (1)
- Bodendynamik (1)
- Bodeneigenschaften (1)
- Bodenübertragungsfunktion (1)
- Boundary element method (1)
- Bridge resonance (1)
- Bridge track (1)
- Brücken (1)
- Column/wall resonance (1)
- Continuously inhomogeneous soils (1)
- Damping (1)
- Dispersion (1)
- Dispersionsmessung (1)
- Displacements (1)
- Dynamic testing (1)
- Eisenbahnschwingungen (1)
- Elastische Gebäudelagerung (1)
- Elastische Gleiselemente (1)
- Emission (1)
- Erschütterungen (1)
- Erschütterungsausbreitung (1)
- Erschütterungsminderung (1)
- Erschütterungsprognose (1)
- Erschütterungsursachen (1)
- Evaluation (1)
- Excitation forces (1)
- Explicit Green´s functions (1)
- Explosion-induced ground vibrations (1)
- FEBEM and simplified methods (1)
- Filter effects (1)
- Finite element method (1)
- Finite element models (1)
- Floating slab track (1)
- Floor amplification (1)
- Floor resonance (1)
- Force transfer (1)
- Foundation reduction (1)
- Freight train (1)
- Frequenzbereiche (1)
- Gleiströge (1)
- Ground vibration measurements (1)
- Halbraum (1)
- Hammer tests (1)
- High-Rise Building (1)
- High-speed train (1)
- Immission (1)
- Inertial Interaction (1)
- Irregular ballast (1)
- Irregular soil (1)
- Irregularities (1)
- Kinematic Interaction (1)
- Laboratory tests (1)
- Long-span bridge (1)
- MASW (1)
- Measurements (1)
- Mitigation measures (1)
- Modal force spectrum (1)
- Modalanalyse (1)
- Modes (1)
- Nachgiebigkeiten (1)
- Office building (1)
- Office tower (1)
- Passenger train (1)
- Pile Foundation (1)
- Pile bending stiffness (1)
- Pile foundation (1)
- Plate-soil interaction (1)
- Prediction of explosion induced ground and building vibration (1)
- Prognoseverfahren (1)
- Propagation from a tunnel (1)
- Radiation damping (1)
- Railway (1)
- Railway bridge (1)
- Railway induced ground vibration (1)
- Railway tracks (1)
- Railway tunnel (1)
- Railway vibration (1)
- Randomly heterogeneous soil (1)
- Rechenmodelle (1)
- Residential building (1)
- SASW (1)
- SPAC (1)
- Scattering (1)
- Simple prediction (1)
- Soil stiffness (1)
- Soil-building resonance (1)
- Surface Foundation (1)
- Surface line (1)
- Surface-tunnel reduction (1)
- Track compliance (1)
- Track damage (1)
- Track damage monitoring (1)
- Track irregularities (1)
- Track vibration (1)
- Train passages (1)
- Transfer function (1)
- Transmission (1)
- Tunnel (1)
- Tunnel track (1)
- Tunnel vibration (1)
- Tunnel-pile transfer (1)
- Under sleeper pads (1)
- Under-ballast plate (1)
- Varying stiffness (1)
- Verkehrserschütterungen (1)
- Vibration measurement (1)
- Vibration reduction (1)
- Vollraum (1)
- Wave excitation (1)
- Wave velocity (1)
- Wavenumber integrals (1)
- Waves (1)
- Wellenausbreitung in der Tiefe (1)
- Wellengeschwindigkeit (1)
- Wind energy tower (1)
- Windenergieanlagen (1)
- Zerstreute Achsimpulse (1)
- Zuggeschwindigkeit (1)
- floor vibration (1)
- ground vibration (1)
- mitigation (1)
- modal analysis (1)
- railway track (1)
- track-soil interaction (1)
- undersleeper (1)
- wave analysis (1)
Organisationseinheit der BAM
- 7 Bauwerkssicherheit (24)
- 7.2 Ingenieurbau (24)
The passage of the train is dominated by the impulses of the static axle loads. The response of the regular homogeneous and irregular soils has been calculated by the finite-element method in frequency domain. The superposition of the impulse responses yields the quasi-static component of the ground vibration which is restricted to very low frequencies and to the close near-field of the track. In case of an irregular soil or ballast of which the stiffness varies randomly in space, a mid-frequency ground vibration component is generated by the scattering of the axle impulses. Measurements will be shown which prove the existence of the mid-frequency ground vibration component and the unique explanation by the scattered axle impulses: many international measurements with a raised mid-frequency component, axle-box measurements with a too low mid-frequency dynamic load, amplitude-speed dependencies which are incompatible with irregularity-induced dynamic loads, and ground vibration reductions due to stiff track elements.
Vibration of normal apartment, office and production buildings, which are excited by technically induced ground vibrations are considered. Many wavelengths of the Rayleigh waves of the soil fit into the foundation dimensions. The related high discretization effort can nowadays be realized with detailed soil-structure interaction method. The combined finite-element boundary-element method is used here as a detatiled method. Simplified method can be used with less computation time, but these methods must be calibrated by exact results. One simplification is to extent the structure to infinity and to solve the problem by wavenumber domain methods. Another simplification is the use of a Winkler soil instead of the continuous soil. Usually, the Winkler parameters are not only soil parameters but depend also on the rigid or flexible foundation structure. Substructure methods use commercial FEM software for the building part. The contribution will show some detailed and some simplified results on large structural elements such as foundation plates, walls, storey plates on columns as well as results on complete buildings. The reduction of the ground vibration by stiff elements and the amplification due to floor or building resonances are discussed which are the most important phenomena of the soil-building interaction.
Erschütterungen, die durch Eisenbahnverkehr erzeugt werden, breiten sich durch den Erdboden aus und regen benachbarte Gebäude zu Schwingungen an. Es wurde ein Prognoseverfahren für Bahnerschütterungen ent-wickelt, das mit einfachen Modellen schnell Ergebnisse liefert. Dies sind physikalische Modelle, zum Beispiel 1-dimensionale Modelle mit Übertragungsmatrizen für die Fahrzeug-Fahrweg-Boden-Wechselwirkung und für die Gebäude-Boden Wechselwirkung. Damit werden die komplexen Verhältnisse bei der Emission (dem Zusammen¬wirken von Fahrzeug und Fahrweg), bei der Transmission durch den homogenen oder geschichteten Boden und bei der Immission in Gebäuden näherungsweise erfasst. In (Auersch, 2020) wird gezeigt, dass diese einfachen Prognosemodelle die Ergebnisse von detaillierten Modellen wie der Finite-Element-Randelement-Methode für das Gleis, die Wellenzahlintegrale für den Boden und 3-dimensionale Finite-Element-Modelle für das Gebäude gut wiedergeben können. Dies entspricht auch der Absicht, die Prognosemodelle aus den Ergebnissen der Detailmodelle abzuleiten. Die drei Prognoseteile werden getrennt berechnet, aber es werden physikalisch sinn¬volle Schnittstellen verwendet. Für die Emission und Transmission sind es die auf den Untergrund wirkenden Erregerkräfte von Fahrzeug und Fahrweg, für die Transmission und Immission sind es die Freifeldamplituden des Bodens.
Die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung hat in den letzten 30 Jahren an vielen Orten Bahnerschütterungen gemessen. Dabei wurden immer auch Versuche zur Bestimmung der Bodeneigen-schaften durchgeführt, meist mit Hammeranregung, gelegentlich auch mit Schwingeranregung. Es werden verschiedene Auswertemethoden wie Seismogramm-Montage, Spektrale Analyse (SASW), Multistation Analysis of Surface Waves (MASW), f,v-Analyse (Dispersion aus zweifacher Fourier-Analyse), Spatial AutoCorrelation (SPAC, hier auch für deterministische Quellen) vorgestellt. Durch Approximation der frequenzabhängigen Wellengeschwindigkeiten (Dispersion) oder der gemessenen Übertragungsfunktionen erhält man ein passendes Bodenmodell. Zu diesem Bodenmodell kann man dann die Übertragungsfunktionen für Hammer- und Zuganregung berechnen. Mit allgemeinen oder spezifischen Achslastspektren werden dann die Bahnerschütterungen prognostiziert und mit den Messergebnissen verglichen. Bei etlichen Messorten, insbesondere in der Schweiz, wurden deutliche Merkmale einer Bodenschichtung beobachtet. Es ergibt sich eine deutliche Reduktion der tiefen Frequenzanteile durch den steifen unterliegenden Halbraum. Die weiche Deckschicht bestimmt das hochfrequente Verhalten. Hier bewirkt die Materialdämpfung des Bodens oft einen starken Amplitudenabfall, sowohl mit der Entfernung als auch mit der Frequenz. Für den verbleibenden mittelfrequenten Anteil wurde an mehreren Messorten die Amplituden-Fahrgeschwindigkeits-Gesetzmäßigkeiten untersucht. Es gibt konstante bis stark ansteigende Amplituden, und es zeigt sich auch hier, dass der geschichtete Boden von entscheidender Bedeutung ist.
Deckenschwingungen stellen in der Regel das größte Problem bei Erschütterungsgutachten dar. In diesem Übersichtsbeitrag werden folgende Aspekte der Deckenschwingungen mit einfachen bis komplexen Rechenmodellen dargestellt.
Die Resonanzanregung der Decken hängt von der Phasenlage der Auflagerschwingungen ab. Der Wellenlauf der anregenden Freifeldbodenschwingungen kann die Resonanzstärke deutlich verringern. - Der Wellenlauf kann bei Pfahl- oder Plattengründungen zu Abminderungen der Freifeldamplituden führen (kinematische Bauwerk-Boden-Wechselwirkung). - Die Steifigkeit des Untergrundes hat einen starken Einfluss auf die Resonanzstärke. Dies hat einerseits mit der Abstrahlungsdämpfung zu tun, andererseits auch mit einer Schwingungstilgung. Die Tilgung kann in einem vereinfachten Wand-Decken-Modell mit einer einheitlichen Deckeneigenfrequenz oder realistischer mit einem Eigenfrequenzband berechnet werden. In einem schmalen Frequenzband vor der Deckeneigenfrequenz können weitere (Wand-) Eigenfrequenzen und nach der Deckeneigenfrequenz eine Frequenzlücke auftreten. Normalerweise nehmen die Deckenamplituden mit der Höhe im Gebäude zu. In der Frequenzlücke hingegen nehmen die Amplituden mit der Höhe ab. - Benachbarte Deckenfelder können gemeinsame Deckeneigenfrequenzen besitzen, vor allem wenn sie die gleichen Abmessungen haben. Man bekommt dann ein Band von Deckeneigenfrequenzen. - Bei einer Schwingungsanregung im Gebäude auf einer Decke schwingen auch die benachbarten Deckenfelder mit. Im Frequenzbereich lassen sich Übertragungsfunktionen darstellen, im Zeitbereich können Amplituden-Abstandsgesetze betrachtet werden. - Bei großen Stützenbauwerken treten häufig Kopplungen der Decken verschiedener Stockwerke auf. - Mit den verschiedenen Methoden lassen sich typische Gesetzmäßigkeiten für die Amplituden und Frequenzen der Deckenschwingungen ableiten.
Messungen bei Fern- und Hochgeschwindigkeitsbahnen aus verschiedenen Ländern (Portugal, Spanien, Belgien, Großbritannien, Deutschland, Schweiz, China, Japan u.a.) sollen die besondere Wichtigkeit eines mittelfrequenten Erschütterungsanteils zeigen. Relativ einheitlich werden dabei drei zusammenhängende Terzen mit angehobenen Amplituden beobachtet. Dieser Erschütterungsanteil dominiert mit zunehmender Entfernung vom Gleis das Frequenzspektrum der Erschütterungen. Die hochfrequenteren Anteile nehmen aufgrund der Materialdämpfung des Bodens stärker ab, die tieffrequenteren Anteile aus der sogenannten Quasistatik, der Vorbeifahrt der statischen Achslasten, verschwinden innerhalb der ersten zehn Meter vom Gleis fast vollständig. Die Frequenzcharakteristik des mittelfrequenten Erschütterungsanteils wird durch die Achsfolge des Zuges bestimmt. Im Terzmaßstab ist die Achsfolge im Drehgestell maßgeblich für die Ausprägung von zwei Amplitudenminima, die den Frequenzbereich eingrenzen. Diese Achsfolgespektren sind auch bei Brückenschwingungen von Bedeutung. Sie können die schwächere oder stärkere Anregung einzelner Brückeneigenschwingungen regeln. Die Ursachen der Boden- oder Brückenschwingungen sind mit den Achsfolgespektren noch nicht geklärt. Bei der Brücke und beim Boden können kurzwelligere Gleislagefehler (auch Radunrundheiten 1. Ordnung) Fahrzeugbeschleunigungen und damit dynamische Kräfte auf das Gleis erzeugen. Bei der Brücke ist die diskontinuierliche Auf- und Abfahrt der Achsen ebenfalls eine relevante Anregung, während die Kraftimpulse auf das Gleis, die durch die Achsüberfahrten entstehen, für die Wellenausbreitung im Boden von Bedeutung sind. Heterogene Böden oder Gleise ergeben einen Zerstreuanteil der Achsüberfahrtimpulse. Fallbeispiele mit verschiedenen Böden und verschiedenen Fahrgeschwindigkeiten werden ausgewertet, um die Ursachen und Gesetzmäßigkeiten des mittelfrequenten Erschütterungsanteils zu erkennen.
Um die Erschütterungen infolge von Schienenverkehr zu reduzieren, werden elastische Elemente in den Eisenbahnfahrweg eingebaut: elastische Zwischenlagen zwischen Schiene und Schwelle, elastische Schwellensohlen zwischen Schwelle und Schotter und Unterschottermatten unterhalb des Schotters. Das elastische Element führt zu einer ausgeprägten Eigenfrequenz des Gesamtsystems bestehend aus Fahrzeug, Fahrweg und Untergrund. Die Wirkung der elastischen Elemente beruht darauf, dass die Frequenzen oberhalb dieser Eigenfrequenz abgemindert werden. Für die Ermittlung der Wirksamkeit der Minderungsmaßnahme werden das Gleis mit elastischem Element und das Gleis ohne elastisches Element berechnet. Beide Eisenbahnfahrwege werden mit der kombinierten Finite-Element- Randelement-Methode berechnet, wobei das Gleis einschließlich des Schotters mit der Finite-Element-Methode berechnet wird, der Gleisuntergrund hingegen mit der Randelementmethode. Für die erschütterungsmindernden Gleise erweist es sich als vorteilhaft, spezielle Gleisendelemente an den Seiten des FE-Modells anzufügen. Dadurch wird zusätzlich zur Unendlichkeit des Untergrundes auch die unendliche Länge des Gleises berücksichtigt. Für die Ermittlung der Minderungswirkung werden die frequenzabhängige Nachgiebigkeit des Gleise, die Kraftübertragung des Gleises, und die Fahrzeug-Fahrweg-Wechselwirkung berechnet. Schließlich werden die Kraftminderungen verschiedener Eisenbahnfahrwege dargestellt und der Einfluss der wesentlichen Parameter untersucht.
Measurements at the foundation, the surrounding soil and nearby buildings have been done during several drop tests of different containers on different foundations. The first measurements have been done on a big foundation where it should be guaranteed that the foundation is rigid and the container is tested properly. It was controlled that the foundation does not absorb more than 2 percent of the energy of the container. Most of the drop energy is lost in shock absorbers. Later on, a smaller drop test facility has been built on the ground but inside an existing building. It had to be controlled by prediction and measurements that the drop test will not damage the building. Tests from different heights on soft, medium, and stiff targets have been done to find out rules which allow to identify acceptable and unacceptable drop tests. Later on, the biggest drop test facility has been built for masses up to 200 t. It was necessary for the design of the foundation to estimate the forces which occur during the drop tests. On the other hand, the acceptable tests should be selected and controlled by measurements where the impact duration is important. Different sensors, accelerometers, accelerometers with mechanical filters, geophones (velocity transducers), strain gauges, and pressure cells have been applied for these tasks. The signals have been transformed to displacements which proved to be best suited for the interpretation of the impact mechanism. Modell calculations have been used to check and understand the dynamic measurements. The simplest law is the conservation of the momentum which is a good approximation if the impact is short. If the soil under the foundation has an influence on the deceleration of the container, the maximum foundation velocity is lower than the simple estimation. The amplitudes of the foundation could also be estimated from the ground vibrations and their amplitude-distance law.
The Federal Institute of Material Research and Testing (BAM) has collected some experience with the testing of damaged, repaired and newly constructed railway tracks. The experimental methods are hammer testing of the track at different positions, hammer testing of the soil, measurement of train passages, and in all cases, measurements with geophones at different positions. The measured signals are evaluated for wave velocities (dispersion of the soil or the track-soil system), for transfer functions (transfer admittances of the soil, compliances of the track in amplitude and phase), and one-third octave band spectra of the track response to hammer and train excitation. These methods are applied at different stages of the track construction. Before track construction, wave velocities and transfer functions of the sub-soil can indicate problems with soft soils. After track construction, a check of the acceptable state of the track can be done by comparison of many excitation positions and track sites. After a track damage (a lose sleeper or a lose plate of a slab track) and after its repair, the sensitivity of the different measurement quantities to different track errors and the achieved improvement of the repair can be determined. The contribution shows examples of all these track situations.
An drei Straßenbrücken unterschiedlicher Länge und Bauart wurden vor Inbetriebnahme ambiente Schwingungsmessungen mit bis zu 350 Messpunkten durchgeführt, um auch höhere Eigenformen detaillierter zu ermitteln. An einer Eisenbahnbrücke der Strecke Hannover-Würzburg wurden bei Testzugfahrten mit definierten Geschwindigkeiten verschiedene Resonanzanregungen beobachtet. Dies wird mit dem Achsfolgespektrum des ganzen Zuges erklärt, wobei eher spezifische Frequenzauslöschungen als Resonanzanregungen maßgeblich sind.
Seit 25 Jahren betreibt die Bundesanstalt für Materialprüfung intensive Forschung auf dem Gebiet der Eisenbahndynamik unter Einbeziehung aller Systemkomponenten. Das umfasst theoretisch/numerische Arbeiten, Feldmessungen und Laborversuche zu den folgenden Fragen:
- die Erschütterungs- und Körperschallweiterleitung durch den natürlichen Boden,
- das Schwingungsverhalten der verschiedenen Fahrwege auf dem Untergrund,
- die dynamischen Kräfte aus der Wechselwirkung zwischen dem Fahrzeug und dem Fahrweg sowie
- die Gleislageentwicklung unter dieser Belastung bei verschiedenen Fahrwegen.
Es werden Ergebnisse zu den dynamischen Kräften bei Geschwindigkeiten
von 40 bis 300 km/h und zum Vergleich der Festen Fahrbahn mit dem Schottergleis vorgestellt, woraus Möglichkeiten für die
Usually, geometric irregularities are considered as the main cause of ground vibrations from trains. A varying stiffness of the track, the track support and the soil can also generate ground vibrations. The regular stiffness variation of the track on and between the sleepers results in a deterministic dynamic axle load. The random stiffness variation of the track support yields also dynamic axle loads which are generated by the acceleration of the unsprung mass (from the varying wheel displacements under the static axle load). The random stiffness variation has a second effect. The pulses from the passage of the static axle loads are superposed regularly to the quasi-static response, but also irregularly to yield a “scattered” part of the axle pulses. The same holds for a random variation of the soil stiffness. All these effects of stiffness variations have been calculated by wavenumber-domain multi-beam track models, a random finite-element soil model and the superposition of axle impulses in a stochastic simulation. The results are confronted with many measurements at different sites. It is concluded that the stiffness variation of the track and the soil generate an important ground vibration component near railway lines.