Validierung des Modells zur Berechnung der dynamischen Einwirkung der Bremskraft auf Strassenbrücken

• Forschungsstelle: ASTRA SBT
• Projektnummer: AGB2017/002
• Projekttitel Englisch: Validation of the model for the computation of the dynamic action of the braking force on road bridges

Schlüsselwörter (Deutsch)

Bremskräfte, schwimmend gelagerte Brücken, Elastomerlager, dynamischer Vergrösserungsfaktor

Schlüsselwörter (Englisch)

Braking forces, bridges with floating articulation, elastomeric bearing, dynamic impact factor

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Das Projekt basiert auf drei Untersuchungsschwerpunkten. Im ersten Schwerpunkt werden Bremsversuche mit schweren Fahrzeugen am Viaduc de Matran ausgeführt. Die dabei auftretenden Bremskräfte werden stufenweise erhöht bis sie vergleichbar mit den Bremskräften des Bemessungslastfalls werden, sodass das nichtlineare Verhalten der Elastomerbrückenlager untersucht werden kann. Die durch die Fahrzeuge erzeugten Kräfte und die dynamische Antwort der Brücke werden messtechnisch erfasst.

Da das dynamische Verhalten der Brückenlager für das dynamische Verhalten der Brücke von entscheidender Bedeutung ist, wird im zweiten Schwerpunkt das Verhalten eines baugleichen Elastomerlagers mit Laborversuchen experimentell untersucht. Die Lager werden bei verschiedenen Anregungsfrequenzen und Verformungsamplituden und zwei Betriebstemperaturen unter zyklischer Beanspruchung getestet. Um das Verhalten der Elastomerlager auch ausserhalb der getesteten Betriebstemperaturen zu erfassen, werden noch zyklische Laborversuche an Elastomerkleinproben in einer Prüfmaschine mit Klimakammer durchgeführt.

Im dritten Schwerpunkt werden zuerst die Messdaten aus den Versuchen zur Charakterisierung des Elastomerlagers verwendet, um ein lineares und nichtlineares Modell des Elastomerlagers zu kalibrieren. Die Modelle des Elastomerlagers werden in einem zweiten Schritt eingesetzt, um mit Brückenmodellen verschiedener Komplexität die Bremsversuche am Viaduc de Matran zu simulieren. Schliesslich werden durch Vergleich der Resultate aus der Simulation und aus den Bremsversuchen die Grenzen der Anwendbarkeit der einzelnen Modelle evaluiert und die Konsequenzen für das Modell zur Berechnung des charakteristischen Werts der Bremskraft erörtert.

Kurzbeschreibung (Englisch)

The project is based on three research studies. The first study consists in performing braking tests with heavy vehicles at the bridge Viaduc de Matran. The resulting braking forces are increased step by step until they become comparable to the characteristic braking force, so that the non-linear behavior of the elastomer bridge bearings can be investigated. The forces generated by the vehicles and the dynamic response of the bridge are recorded.

Since the dynamic behavior of the bridge bearings is very important for the dynamic performance of the bridge, in the second study, the behavior of an identical elastomer bearing is investigated experimentally with laboratory tests. The bearings are tested under cyclic loadings at different excitation frequencies and deformation amplitudes and two operating temperatures. In order to capture the behavior of the elastomer bearing outside of the tested operating temperatures, cyclic laboratory tests on elastomer small samples are carried out in a test machine with a climatic chamber.

In the third study, firstly, the measurement data from the tests for the characterization of the elastomeric bearing are used to calibrate a linear and a non-linear model of the elastomeric bearing. In a second step, the models of the elastomer bearing are used to simulate the braking tests at the Viaduc de Matran with bridge models of different complexity. Finally, by comparing the results from the simulation and the braking tests, the limits of the applicability of the individual models are analyzed and the effects on the model for the calculation of the characteristic value of the braking force are evaluated.

Projektziele (Deutsch)

Die Projektziele sind:
- Erstmals experimentelle Resultate über das dynamische Verhalten schwimmend gelagerter Brücken bei Anregung durch Bremskräfte zu erarbeiten.
- Die Voraussetzungen und Grenzen der Anwendbarkeit des linearen Einmassenschwingers zur Voraussage des dynamischen Anteils des charakteristischen Werts der Bremskraft schwimmend gelagerten Brücken zu präzisieren.
- Die Auswirkungen des nichtlinearen Verhaltens von Elastomerlagern auf das Schwingungsverhalten schwimmend gelagerter Brücken zu beurteilen.
Insgesamt soll dadurch das neue Modell, das in der Forschungsarbeit AGB 2011/003 zur Berechnung des charakteristischen Werts der Bremskraft erarbeitet wurde, auf eine zuverlässige experimentelle Grundlage gestellt werden.

Projektziele (Englisch)

The goals of the project are:
- to achieve for the first time experimental results concerning the dynamic performance of bridges with floating articulation subjected to braking forces,
- to establish the prerequisites and limits of the applicability of the linear single degree of freedom model for predicting the dynamic component of the characteristic value of the braking force,
- to evaluate the effects of the nonlinear behavior of elastomeric bearings on the dynamic performance of bridges with floating articulation.
In summary, the project results enable to improve the experimental evidence of the model for computing the characteristic value of the braking forces acting on bridges that was developed in the research project AGB 2011/003.

Berichtsnummer (Deutsch)

704