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Messen im Bauwesen 2018 (2018)
Der Tagungsband zur 10. Fachtagung „Messen im Bauwesen“ enthält die Beiträge der Autoren zum diesjährigen Thema „Messtechnische Anwendungen und deren Einbindung in digitale Bauwerksmodelle“ enthält. Building Information Modeling (BIM) ermöglicht einen integralen Entwurfs-, Ausführungs- und Instandsetzungsprozess und verspricht Bauwerke von höherer Qualität bei niedrigeren Kosten und kürzeren Projektlaufzeiten. Was BIM aber im konkreten Anwendungsfall bedeutet, ist generell noch Teil eines umfassenden Diskussionsprozesses, insbesondere für die Integration der Ergebnisse von Bauwerksmessungen aus der Ausführungs- und Betriebsphase. Die diesjährige Ausgabe der Tagung „Messen im Bauwesen“ befasst sich schwerpunktmäßig mit verschiedenen Aspekten des BIM in der bestehenden Baupraxis, beschreibt Technologien hinter BIM und zeigt die vielfältigen Möglichkeiten eines Einsatzes von Messverfahren sowohl in der Bauausführung als auch beim Lebenszyklusmanagement von Bauwerken auf. Auf Basis dieser Schwerpunktsetzung möchten wir wieder aus der Sicht des Bauingenieurs und des Geodäten von Praxisbeispielen aus Hoch- und Tiefbau berichten. Die Vorträge sind zusammengestellt mit Blick insbesondere auf Bau- und Vermessungsingenieure in Ingenieurbüros sowie der Verwaltung in den Bereichen Planung, Ausführung und Betrieb von Infrastrukturbauwerken.
Realistic axle-load spectra for the prediction of ground vibrations from rail traffic (2015)
Auersch, Lutz
Dynamik von Stahlbetonbrücken - Messprojekte aus dem Eisenbahn- und Straßenverkehr (2015)
Auersch, Lutz
Vehicle-track-soil interaction and train-induced ground vibration: Theory and measurements in Germany, Switzerland and France (2019)
Auersch, Lutz
Abstract. Three measurement campaigns of train-induced ground vibrations are evaluated for the vehicle-track-soil interaction. Ground vibrations, track vibrations and vehicle vibrations have been measured for train passages and impulse excitation and compared with theoretical results. The soil and the track-soil system are calculated by wavenumber integrals. The influence of the vehicle is introduced by a substructure method. By comparing theory and measurement the different components of excitation force and ground vibration can be analysed, the quasi-static excitation, track-alignment errors, the out-of-roundness of wheels, the wheel and rail roughness, and moreover, scattered axle impulses and ineffective high-frequency parts of the wheelset accelerations and forces.
Fast trains and isolating tracks on inhomogeneous soils (2019)
Auersch, Lutz
Methods have been presented for detailed studies of railway vibration and for the fast prediction of train-induced ground vibration. The ground vibration is generated by static or dynamic loads. The main purpose of this contribution was to show the influence of inhomogeneous soils on the different vibration components. Layered soils, namely a soft layer on a stiffer half-space, yield a quite specific transmission behavior. The low-frequency and sometimes also high-frequency cut-off of the transfer function of the soil is demonstrated in theory and by experiments at many sites of which the soil model is approximated from dispersion and transfer function measurements. The layer frequency divides the frequency range in a low-frequency range, where the stiff half-space rules the low amplitudes, and a high amplitude high-frequency range which is mainly determined by the softer top layer. A thick soft layer yields a very low layer frequency, so that the higher soft soil amplitudes have a wider range down to low frequencies. A thin layer yields a high layer frequency, so that the high frequencies above this layer frequency are dominant. The higher the contrast between the stiff half-space and the soft layer is, the stronger the increase between the half-space and layer amplitudes, the more characteristic are the spectra of the soil transfer function. The range of measured soils has been from vS1 down to 125 m/s, vS2 up to 1000 m/s and the layer frequencies are within 10 Hz < f0 < 75 Hz. Moreover, during this measuring campaign in Switzerland, all 11 sites showed clearly the layer-on-half-space behaviour. The transfer functions of inhomogeneous soils have been used to predict the ground vibration due to dynamic axle loads which is usually thought to be the most important component. The passage of static loads, in the contrary, results in very small vibration amplitudes for low train speeds, which can only be found at near distances and at low frequencies. They attenuate very rapidly with distance and lose very rapidly the higher frequency content. The passage of static axle loads can be included in the prediction of railway vibration just for completeness. Special attention should be given to the case if the train runs with the Rayleigh-wave speed of the soil (Rayleigh train). The Rayleigh-train effect is strongest for a homogeneous half-space: At the near-field of the track the amplitudes are raised strongly compared to normal trains, and in addition, little attenuation with distance is observed. In case of a layered soil, the low-frequency cut-off reduces the frequency range and the amplitudes of the homogeneous quasi-static ground vibrations. Therefore, the Rayleigh-train effects are clearly reduced by a layered soil and they disappear if the layer frequency (for example for a thin layer) is higher than the frequency band of the axle impulse. The Rayleigh-train effect could completely disappear in a randomly inhomogeneous soil, but this has not been analysed so far. The axle impulses from static loads can have an additional, quite different effect. They can be scattered by a randomly inhomogeneous soil so that a part (the scattered part) of the axle impulse can reach further distances from the track. This can establish a certain mid-frequency component of the ground vibration which becomes dominant in the far-field, and this important component exists for all train speeds. Experimental results from BAM and international measurements show the importance of the corresponding frequency range. The mitigation of train induced ground vibration by elastic and stiff track elements has been analysed threefold. The vehicle-track interaction yields the reduction at high frequencies above the vehicle-track resonance. This is the standard effect. The filtering of trackbed errors by the bending stiffness of the track yields a certain mid-frequency effect. An even stronger mid-frequency effect is predicted for the mitigation of the scattered axle impulses by the bending stiffness and elastic elements of the track.
Zur Wirksamkeit und Berechenbarkeit von elastischen Gebäudelagerungen (2019)
Auersch, Lutz
Es wird die Vorgehensweise erläutert wie die Notwendigkeit einer elastischen Gebäudelagerung geprüft wird. Es werden die Möglichkeiten und Schwächen vereinfachter Rechenverfahren dargestellt. Es folgen weitere Beispiele detaillierter Gebäudemodelle und ihres Schwingungsverhaltens. Schließlich greift eine aktuelle Bachelorarbeit die Fragestellung komplexen Gebäudeschwingungsverhaltens auf. Die letzte Folie zeigt dazu Gebäudemodelle, die an die konkreten Erschütterungsprognosen anknüpfen.
Strukturschwingungen und Schwingungsminderung – Bauwerksmodelle, Messungen vor Ort und auf dem Versuchsgelände der BAM (2018)
Auersch, Lutz
Die Grundidee einer Schwingungsminderung ist es eine tiefe Eigenfrequenz der Struktur zu erreichen, so dass höhere Frequenzen abgemindert werden. Das gilt für die Minderung an der Quelle, zum Beispiel einem Eisenbahngleis, und für die Minderung am Empfänger, dem Gebäude. Die Eigenfrequenz ermittelt man aus dem Verhältnis der Auflagersteifigkeit und der Masse. Wie ist die Masse bei einem Gebäude zu wählen? Und wie ist die Untergrund-steifigkeit zu berücksichtigen? Als Referenzsituation ohne Minderungsma߬nahme? Der Beitrag bringt Rechenergebnisse zu abgefederten Gebäuden mit einfachen und komplexen (FE-) Modellen, Mess- und Rechenergebnisse zur Schwingungsübertragung von unabge-federten Gebäuden. Es wird der Einfluss der Abstimmfrequenz, der Bodensteifigkeit und der „starren“ Gebäudemasse untersucht. Die komplexen Gebäudemodelle erlauben, neben der Berechnung einer elastischen Gebäudelagerung, auch die Variation von Gebäudepara¬metern zur Reduktion der Deckenschwingungen. Den Ergebnissen bei der Erschütterungs-übertragung in Gebäude werden zwei ähnliche Beispiele zur elastischen Maschinenlagerung und zur elastischen Gleislagerung gegenübergestellt.
Vehicle-track-soil interaction and train-induced ground vibration – Theory and measurements in Germany, Switzerland and France (2019)
Auersch, Lutz
Three measurement campaigns of train-induced ground vibrations are evaluated for the vehicle-track-soil interaction. Ground vibrations, track vibrations and vehicle vibrations have been measured for train passages and impulse excitation and compared with theoretical results. The soil and the track-soil system are calculated by wavenumber integrals. The influence of the vehicle is introduced by a substructure method. By comparing theory and measurement the different components of excitation force and ground vibration can be analysed, the quasi-static excitation, track-alignment errors, the out-of-roundness of wheels, the wheel and rail roughness, and moreover, scattered axle impulses and ineffective high-frequency parts of the wheelset accelerations and forces.
Wellenausbreitung in geschichteten Böden – Rechenmethoden und Messbeispiele von Zug- und Gebäudeerschütterungen (2018)
Auersch, Lutz
Im ersten Teil werden Methoden der Wellenanalyse vorgestellt, Seismogramme, Multistation Analysis of Surface Waves (MASW), f,v-Analyse (Dispersion aus zweifacher Fourier-Analyse), Spatial AutoCorrelation (SPAC, hier auch für deterministische Quellen), und auf Messungen in Deutschland, Österreich und der Schweiz angewendet. Mit den Wellengeschwindigkeiten des Bodens werden die Berechnungsgrundlagen für die Erschütterungsausbreitung im Boden und die Bauwerk-Boden-Wechselwirkung geschaffen. Der zweite Teil beschäftigt sich mit der Wellensynthese, das heißt mit der Berechnung von Wellenfeldern (aus Wellenzahlintegralen). Die Rechnungen können wesentlich vereinfacht werden, wenn man die Dimensionsanalyse und Symmetrieüberlegungen ausnutzt, so dass maximal fünf dimensionslose Verschiebungsfunktionen verbleiben (im Vollraum sind es sogar nur zwei Verschiebungsfunktionen, die sich einfach explizit angeben lassen). Es gibt Ähnlichkeiten zwischen den Halbraum-Amplituden an der Oberfläche, den Halbraum-Amplituden in der Tiefe und der Wellenausbreitung im Vollraum. Die berechneten Wellenfelder (als Terzspektren in verschie-denen Entfernungen von der Erschütterungsquelle) werden verwendet, um die gemessene Übertragungsfunktionen des Bodens zu approximieren und Erschütterungen von Zugvorbeifahrten zu prognostizieren. Auch dies wird an einigen Messorten vorgeführt. Dabei werden einige gemessene Besonderheiten der Eisenbahnerschütterungen mit dem geschichteten Aufbau des Bodens erklärt. Der dritte Teil beschäftigt sich mit der Anwendung der Wellenfelder beziehungsweise der Punkt-lastlösungen beziehungsweise der Greenschen Funktionen in der Randelementmethode. Es wird ein einfaches Prinzip der Herleitung der Randelementmethode vorgeführt. Bei einer beliebigen Berandung benötigt man neben den Verschiebungswellenfeldern auch die Spannungswellen-felder. Eine einfache Berechnung der Spannungswellenfelder wird vorgeführt, die im Vollraum auf drei Spannungsfunktionen, ähnlich einfach wie die Verschiebungsfunktionen, führt. Durch die Kopplung der Randelementmethode mit der Finite-Element-Methode können dann Probleme der Bauwerk-Boden-Wechselwirkung gelöst werden. Der vierte Teil beschäftigt sich schließlich mit der Freifeld-Wellenanregung unter einem Gebäude und der Wellenanregung im Gebäude. Dabei geht es um die Wechselwirkung der Freifeldwellen mit starren oder flexiblen Fundamenten (Pfählen, Fundamentplatten) und den Übertragungs-faktoren zwischen dem Freifeld und dem Gebäude. Bei der Wellenanregung in einem Büro-gebäude in Wien konnten die gleichen Methoden wie bei der Wellenanregung im Boden eingesetzt werden, Seismogramme, MASW, Übertragungsfunktionen und Amplituden-Abstandsgesetze.
Vehicle-track-soil interaction and train-induced ground vibration: Theory and measurements in Germany, Switzerland and France (2019)
Auersch, Lutz
Three measurement campaigns of train-induced ground vibrations are evaluated for the vehicle-track-soil interaction. Ground vibrations, track vibrations and vehicle vibrations have been measured for train passages and impulse excitation and compared with theoretical results. The soil and the track-soil system are calculated by wavenumber integrals. The influence of the vehicle is introduced by a substructure method. By comparing theory and measurement the different components of excitation force and ground vibration can be analysed, the quasi-static excitation, track-alignment errors, the out-of-roundness of wheels, the wheel and rail roughness, and moreover, scattered axle impulses and ineffective high-frequency parts of the wheelset accelerations and Forces.
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