Berechnungsverfahren für praxisnahe Boden-Bauwerks-Interaktionsprobleme im Frequenzbereich: Fid-Bau Portal

Berechnungsverfahren für praxisnahe Boden-Bauwerks-Interaktionsprobleme im Frequenzbereich

Schepers, Winfried

In den letzten Jahrzehnten lässt sich ein sich stetig erhöhender Bedarf an Minderungsmaßnahmen gegenüber Erschütterungen beobachten. Betroffen von Erschütterungsimmissionen sind nicht nur Personen, sondern auch hochempfindliche Geräte und Produktionsanlagen, z. B. in der Mikroelektronikindustrie oder der medizinischen Forschung. Verursacher der Erschütterungen können einerseits Straßen- und Schienenverkehr sein, aber auch Industriebetriebe und Baustellen kommen neben weiteren Ursachen in Betracht. Das am häufigsten für die Lösung von Erschütterungsausbreitungsproblemen eingesetzte Simulationsverfahren koppelt die Finite-Elemente-Methode (FEM) für das Bauwerk mit der Randelementmethode (BEM) für den Baugrund. Durch diese Kopplung können die jeweiligen Stärken der beiden Methoden optimal genutzt werden. In dieser Arbeit wird zunächst ein Algorithmus vorgestellt, mit dem unter Einhaltung milder Einschränkungen eine vollbesetzte BEM-Flexibilitätsmatrix mit äußerst geringem Speicher- und Rechenzeitaufwand aufgebaut wird. Es wird nachgewiesen, dass bei einem linearen Gleichungssystem, das aus einer FEM-Steifigkeitsmatrix für ein Bauwerk und einer BEM-Flexibilitätsmatrix für den Baugrund im Frequenzbereich zusammengesetzt wird, iterative Gleichungslöser gegenüber den direkten Lösungsverfahren vorteilhafter sind. Die FEM-BEM-Kopplung wird unter teilweiser Anwendung der optimierten Berechnung der BEM-Matrix anschließend benutzt, um die Abschirmkapazität eines Erdwalls gegenüber Erschütterungen durch Zugverkehr zu ermitteln. Es kann gezeigt werden, dass oberhalb einer für die Praxis relevanten Frequenz eine deutliche Minderung der Erschütterungen zu erwarten ist.