Beitrag zur Berechnung fußgängerinduzierter Brückenschwingungen: Fid-Bau Portal

Beitrag zur Berechnung fußgängerinduzierter Brückenschwingungen

Butz, Eva Christiane

Bei leichten und schlanken Fußgängerbrücken gewinnt die dynamische Belastung an Bedeutung, weil die Masse und die Strukturdämpfung sehr gering sind. Häufig liegen Eigenfrequenzen im Bereich von Schrittfrequenzen, so dass die Brücken durch fußgängerinduzierte dynamische Kräfte zu Schwingungen angeregt werden können. Wahrnehmbar Schwingungen können das Wohlbefinden der Nutzer mindern und so die Gebrauchstauglichkeit einschränken. Darüber hinaus besteht das Risiko einer Fußgänger-Bauwerk-Interaktion, falls laterale Eigenfrequenzen in der Nähe der halben Schrittfrequenzen liegen. Bei einer Fußgänger-Bauwerk-Interaktion synchronisieren Fußgänger unbewusst bei geringen lateralen Schwingungen und rufen dadurch sehr große Amplituden hervor. Die derzeit in den Normen angegebenen Lastmodelle für Fußgänger erfassen nicht ausreichend genau die durch stochastische Fußgängerströme hervorgerufenen Kräfte. Auch das Risiko einer Fußgänger-Bauwerk-Interaktion kann nicht bestimmt werden. Die vorliegende Arbeit beginnt mit einer experimentellen Untersuchung an einer schwingenden Plattform. Diese ist mit Kraftmesszellen ausgestattet, so dass die menschlichen Bodenkontaktkräfte einzelner Fußgänger und ihre Schrittfrequenzen gemessen werden. Anhand der Messdaten wird ein Lastansatz entwickelt, der die Bodenkontaktkraft jedes Schrittes einzeln abbildet. Dieser Schritt-für-Schritt-Lastansatz wird mit Messungen verifiziert. Es wird gezeigt, dass der Lastansatz die fußgängerinduzierten Bauwerksreaktionen in lateraler und vertikaler Richtung gut abbildet. Das Schwingungsverhalten der Millennium Bridge in London und der Passerelle Solferino in Paris wird mit numerischen Zeitschrittberechnungen unter Verwendung dieses Lastansatzes untersucht. Es werden kritische Fußgängerbelastungen ermittelt, die eine laterale Amplitude von 0,1 m/s2 hervorrufen, ab der eine Fußgänger-Bauwerk-Interaktion einsetzen soll. Mit dem Schritt-für-Schritt Lastansatz wird ein spektrales Lastmodell für eine einfache Ermittlung der Brückenbeschleunigungen durch Fußgängerströme entwickelt, indem mit Monte-Carlo-Simulationen die stochastischen Eigenschaften der Fußgänger berücksichtigt werden. Ein Kriterium zur Ermittlung des Risikos einer Fußgänger-Bauwerk-Interaktion wird hergeleitet. Abschließend wird ein Bemessungsvorschlag für den reversiblen Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit für Fußgängerbrücken basierend auf den Eurocodes vorgestellt.