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Aeroelastische Untersuchung einer Dachstruktur

Aeroelastische Untersuchung einer Dachstruktur. Wien, 23. September 2010 Dr. Bernd Hagenah, Dr. Helmut Steiner (ÖBB) . Inhalt. Ausgangslage - Situation Bahnhofplanung Graz Aerodynamische Lasten auf Bauwerke Untersuchung des Bahnhofsdaches Ergebnisse Zusammenfassung. Ausgangslage.

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Presentation Transcript

  1. Aeroelastische Untersuchung einer Dachstruktur • Wien, 23. September 2010 • Dr. Bernd Hagenah, Dr. Helmut Steiner (ÖBB)

  2. Inhalt • Ausgangslage - Situation Bahnhofplanung Graz • Aerodynamische Lasten auf Bauwerke • Untersuchung des Bahnhofsdaches • Ergebnisse • Zusammenfassung

  3. Ausgangslage • ÖBB plant Bahnhofsgestaltung mit Überdachung mehrerer Gleise • Dachkonstruktion als schlanke bogenförmige Stahlträgerkonstruktion • Abstand der Träger bis zu 35 m - grosse Stützweite! • Längsausrichtung des Daches entspricht Hauptwindrichtung

  4. Neue Gestaltung

  5. Aerodynamische Lasten auf die Dachstruktur • zugbedingte Lasten • F = f(Abstand, vZug, AZug, lZug, λZug, cW, …) • Belastung kurzzeitig mit wechselndem Vorzeichen

  6. Windbelastung I • statische Belastung durch Anströmung  stationäre Aerodynamik • statische Auslenkung  primär Auftrieb oder Abtrieb

  7. Windbelastung II • nicht statische Beiträge  instationäre Aerodynamik • Wirbelresonanzanregung : Durch periodische Wirbelablösung werden schwingungsanregende Luftkräfte erzeugt (Tacoma Narrows Bridge) • Flattern : Zusätzliche Luftkräfte aufgrund von Auslenkungen aus der Ruhelage • Phasenlage der bewegungsinduzierten Luftkräfte von Bedeutung • Eilen die bewegungsinduzierten Luftkräfte der Phasenlage vor:  Anfachung • Beschäftigung mit Fragestellung in Entwurfsphase!

  8. Numerische Berechnung der instationären Luftkräfte • Häufig 2D Schnitte ausreichend - Streifentheorie • Hier "aerodynamisch glattes Profil" - Ablösung nicht von Bedeutung • 2D-Euler-Verfahren ausreichend zur Problemlösung • Vorgehen: • 1. Strukturdynamischen Eigenformen sind vorgegeben symmetrisch und antisymmetrisch

  9. Windbelastung II • 2. Netzgenerierung - idealerweise mittels konturangepassten Netzen • Netz: 1 x Ruhelage, 1 x obere Auslenkung, 1 x untere Auslenkung

  10. Bewegte Rechennetze - aus Fourier-Reihe

  11. Physik • Druckbeiwert • Lokaler Arbeitsbeiwert • Arbeit pro Flächeneinheit • Mittlere Leistung pro Flächeneinheit • Strouhal-Zahl

  12. Ergebnis • Instationäre Druckerteilung für die 1. Eigenform (f = 1.49 Hz)

  13. Ergebnis • Lokaler Arbeitsbeiwert für die 1. Eigenform (f = 1.49 Hz) • negative Anteile: Anfachung • positive Anteile: Dämpfung

  14. Ergebnis • Lokaler Arbeitsbeiwert für die 1. Eigenform (f = 1.49 Hz) bei unterschiedlichen Anströmgeschwindigkeiten

  15. Zusammenfassung • Für die betrachteten Eigenformen mit den niedrigsten Eigenfrequenzen (1.49 Hz - 2.61 Hz) ist bei Luftgeschwindigkeiten von bis zu 36 m/s keine aerodynamische Anregung zu erwarten. Alle betrachteten Rechenfälle sind aerodynamisch gedämpft • Mit zunehmenden Anströmgeschwindigkeiten nimmt die aerodynamische Dämpfung ab. • Die aeroelastische Stabilität der Dachkonstruktion ist für die Anströmgeschwindigkeit gemäss ÖNORM von 20.4 m/s nachgewiesen. • Fragestellung war gerechtfertigt!

  16. Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

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