Aktive mechanische Kontrolle winderregter Brückenschwingungen: Fid-Bau Portal

Aktive mechanische Kontrolle winderregter Brückenschwingungen

Körlin, Rüdiger

Vorteile der bekannten aktiven mechanischen Dämpfer gegenüber den aerodynamischen Methoden ergeben sich vor allem aus der Möglichkeit, die Dämpfer komplett in den Innenräumen der Brücken-Hauptträger anzuordnen. Durch Windkanalversuche wurde die Praktikabilität der mechanischen Methoden unter Laborbedingungen und mit dem kleinen Maßstab des entsprechenden Brückenteilmodells unterstrichen. In glatter Anströmung kann mit einem ZRA-Dämpfer die kritische Windgeschwindigkeit signifikant angehoben werden. Die Auswirkungen von Zeitverzögerungen in der Regelschleife sind im Teilmodellversuch durch ein gegenüber dem Sollwert um 6 % reduziertes Dämpfungsmoment an den Aktuatoren erkennbar. Die Bewegungsfrequenzen des Teilmodells liegen dabei deutlich über denen eines weit gespannten Brücken-Hauptträgers, welcher im Vergleich sehr langsame Schwingungen ausführt. Da nicht davon auszugehen ist, dass der reale, aktive Dämpfer an der Brücke im Verhältnis größere Zeitverzögerungen aufweisen wird, werden bei einer baupraktischen Implementierung die Zeitverzögerungen der Regelschleife die Regelgüte nicht nennenswert beeinträchtigen. Des Weiteren zeigt der mechanische Dämpfer im Experiment eine hohe Zuverlässigkeit. Bewährt hat er sich bereits an Hochbauten in erdbebengefährdeten Gegenden. Neu entwickelt wurde ein aktiver mechanischer Dämpfer, der die mit exzentrischen Rotationsaktuatoren (ERA) generierten Flieh- und Tangentialkräfte ausnutzt, welche exzentrisch zur Brückenachse wirken. Für die Regelung wird LMI-basiertes Gain-Scheduling eingesetzt. Der Energiebedarf ist im Vergleich zu den bekanten aktiven mechanischen Flatterkontrollen gering. An einem Fallbeispiel wurde die verbesserte Praktikabilität von ERA hinsichtlich eines verringerten Implementierungsaufwandes im Vergleich zu ZRA diskutiert. Neben der weiteren Erforschung des rein aktiven ERA-Dämpfers sind auch dessen semiaktive Variante mit zusätzlicher federnder Lagerung der Schwenkarme oder andere semiaktive Dämpfer, z.B. mit magnetorheologischen Fluiden aufgrund ihres geringen Energiebedarfs von hohem Interesse. Hier gilt es, geeignete Regelgesetze aufzufinden.