Vergleich von zwei Berechnungsverfahren für Querschwingungen. Eurocode EN 1991-1-4: Fid-Bau Portal

Vergleich von zwei Berechnungsverfahren für Querschwingungen. Eurocode EN 1991-1-4

Ruscheweyh, Hans

Im Eurocode stehen zwei Berechnungsverfahren für wirbelerregte Querschwingungen zur Verfügung, die alternativ verwendet werden können. Leider differieren die Ergebenisse derart stark, dass sich der Anwender fragen muss, warum diese Verfahren nicht aufeinander abgestimmt wurden. Die beiden Verfahren werden in der vorliegenden Arbeit gegenübergestellt und kritisch bewertet. Gemäß Verfahren 1 ergibt sich die Berechnungsgleichung für die maximale Wirbelresonanzamplitude y_F,max, wie sie in der DIN EN 1991-1-4 enthalten ist. Das Verfahren hat den Vorteil, dass es auf einer leicht nachvollziehbaren aerodynamischen Erregerkraft beruht und auf alle Strukturen und auch für höhere Schwingungsformen anwendbar ist. Somit können die wirbelerregten Schwingungen für Schornsteine, Türme, Masten und andere schwingungsanfälle Bauwerke und Bauteile bestimmt und damit eine Aussage über die Dauerhaltbarkeit gemacht werden. Die häufigste Anwendung für wirbelerregte Querschwingungen findet man bei Schornsteinen und schlanken Türmen. Das Verfahren 2 geht von einer stochastischen Betrachtung der Wirbelerregung aus und ist dem Charakter nach auf Betonschornsteine zugeschnitten. Die aerodynamische Erregerkraft wird in Form einer aerodynamischen Dämpfung eingeführt. Leider haben die Versuche gezeigt, dass diese aerodynamische Größe nicht konstant ist und von vielen Parametern abhängt, insbesondere von der Schwingungsamplitude. Eine einfache Lösung war somit nicht in Aussicht. Trotzdem wurde der Ansatz mit der aerodynamischen Dämpfung von einigen Autoren aufgegriffen, um eine Berechnungsgleichung abzuleiten. Wie praktische Berechnungen zeigen, ergibt das Berechnungsverfahren 2 im Vergleich zum Verfahren 1 wesentlich höhere Schwingungsamplituden, teilweise in einer Höhe, die weit außerhalb praktischer Erfahrung liegt. In einer Vergleichsstudie wurden die rechnerischen Ergebnisse für die wirbelerregte Querschwingung nach Verfahren 1 und Verfahren 2 im Eurocode EN 1991-1-4 verglichen und bewertet. Es zeigte sich, dass die errechneten Schwingungsamplituden beim Verfahren 2 bis zu einem Faktor 11 größer sind als die im Verfahren 1. Das Verfahren 1 liefert verlässliche Werte für die häufig auftretende wirbelerregte Resonanzschwingung. Da das Verfahren 2 zu hohe dynamische Belastungen anzeigt, stellt sich die Frage, ob es nicht aus der Norm gestrichen werden könnte oder sollte.