Aktive Minderung personeninduzierter Schwingungen an weit gespannten Strukturen im Bauwesen: Fid-Bau Portal

Aktive Minderung personeninduzierter Schwingungen an weit gespannten Strukturen im Bauwesen

Block, Carsten

Hochfeste Werkstoffe, neue Tragsysteme und eine bessere Materialausnutzung durch genauere Berechnungsmethoden ermöglichen den Bau weit gespannter, schlanker und leichter Tragwerke. Beispiele im Bauwesen sind Geschossdecken von Bürogebäuden und Fußgängerbrücken. Bei diesen weit gespannten Tragwerken können personeninduzierte Kräfte Schwingungen verursachen, die zu Problemen mit der Gebrauchstauglichkeit führen, d. h. der Komfort und das Wohlbefinden von Personen können beeinträchtigt werden. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist die theoretische und experimentelle Untersuchung aktiver Maßnahmen zur Minderung personeninduzierter Schwingungen an weit gespannten Strukturen im Bauwesen. Die Wirksamkeit einer aktiven Schwingungsminderung wird sowohl numerisch als auch experimentell an einem Versuchsstand mit weit gespannten Decken nachgewiesen. Die Übertragbarkeit der entwickelten Methoden auf andere weit gespannte Bauwerke wird am Beispiel einer Fußgängerbrücke aufgezeigt. An einem Versuchsstand mit weit gespannten Verbundträgerdecken ist das prinzipielle Vorgehen beim Entwurf eines aktiven Zusatzsystems untersucht worden. Zur Vorauslegung des aktiven Zusatzsystems wurden numerische Untersuchungen an einem Schwinger mit zwei Freiheitsgraden durchgeführt. Diese Simulationen lieferten die Anforderungen für die anschließende Konstruktion des aktiven Zusatzsystems. Durch die Wahl von Federelementen mit unterschiedlichen Steifigkeiten und durch die Variation der bewegten Masse ist das aktive Zusatzsystem als Massenaktor oder aktiver Tilger einsetzbar. Für die vorgestellte Deckenkonstruktion ist daher der Einsatz des Massenaktors mit direkter Geschwindigkeitsrückführung zu empfehlen. Mit der direkten Geschwindigkeitsrückführung kann die gleiche Schwingungsreduktion erzielt werden wie mit der LQG-Regelung. Für die vorgestellte Fußgängerbrücke ist der Einsatz von aktiven Tilgern zu empfehlen. Die Erregung durch gehende Personen erfolgt primär in der Eigenfrequenz der Brücke, auf die auch der aktive Tilger abgestimmt ist. Hieraus ergibt sich eine wesentlich geringere benötigte Stellkraft für die aktiven Tilger als für die Massenaktoren.