Titel: Brückendynamik : Winderregte Schwingungen von Seilbrücken
Sprache: Deutsch
Autor/Autorin: Starossek, Uwe
Erscheinungsdatum: 1991
Quellenangabe: Zugl.: Stuttgart, Univ., Diss., 1991 u.d.T.: Zum dynamischen Verhalten von Seilbrücken unter Windeinwirkung
Zusammenfassung (deutsch): Gegenstand der Abhandlung ist das dynamische Verhalten von Brücken. Besonderes Augenmerk liegt auf dem Phänomen winderregte Flatterschwingung und auf der Konstruktionsgattung Seilbrücke. Ziele sind das Verstehen der Schwingungsmechanismen, die Verifizierung und Verbesserung bekannter Nachweisverfahren, wo erforderlich die Schaffung neuer mechanisch-mathematischer Kalküle und Aussagen zu einem dynamisch vorteilhaften Entwurf. Die Methodik umfaßt vergleichendes Literaturstudium, analytisches und numerisches Rechnen sowie - hierauf beruhend - klärende Diskussion. Vorausgesetzt werden fast durchweg kleine Verschiebungen (lineare Theorie), Berechnungen erfolgen im Frequenzbereich. Die Bestimmung der Luftkräfte geht vom ebenen instationären Strömungsfeld aus. Die aerodynamischen und aeroelastischen Grundzusammenhänge werden am zweidimensionalen System erörtert. Dies beinhaltet eine Diskussion der klassischen Flattertheorie der ebenen Platte. (...) Der rechnerische Flatternachweis allgemeinerer, linienförmig räumlicher Systeme erfordert eine theoretische Untersuchung der Aeroelastik des Biege-Torsions-Balkens. Sowohl die Methode des differentiellen Gleichgewichts als auch die Finite-Element-Methode werden angewendet. Letzteres führt auf die Entwicklung zweier aeroelastischer Balkenelemente. Zur Erfassung der dynamischen Seil-Balken-Interaktion, erforderlich für die Berechnung zusammengesetzter Systeme, wird die dynamische Steifigkeitsmatrix des gedämpften Einzelseils hergeleitet. Ihre Elemente sind analytische Funktionen der Schwingungsfrequenz. Sie werden auf lineare Matrizenpolynome abgebildet, was eine erleichterte numerische Lösung des Eigenwertproblems ermöglicht. Die gewonnenen Erkenntnisse werden auf reale Brückensysteme und insbesondere auf Schrägkabelbrücken übertragen. In Verbindung mit einer Diskussion der sogenannten Systemdämpfung und alternativ vorgeschlagenen Begriffsbildungen erfolgt eine Beschreibung systemeigener, dynamisch vorteilhafter Mechanismen. In einer numerischen Studie an einem Vielseilsystem wird die Beeinflussung des Flatterverhaltens durch die Nichtaffinität der Eigenformen untersucht.
Zusammenfassung (englisch): The dynamic behavior of bridges is investigated, with special attention paid to the phenomenon of wind-induced flutter vibration and to the design family "cable-supported bridges". The aim is to understand the mechanisms of vibration, to verify and to improve known methods of calculation, to create new mechanical-mathematical tools where necessary and to make statements with regard to a dynamically advantageous design. The research method comprises comparative study of relevant publications, analytical and numerical calculation, and, based thereupon, clarifying discussion. Generally, small displacements are assumed (linear theory); calculations are effected in the frequency domain. Determination of aerodynamic forces proceeds from the assumption of plane instationary stream. In the discussion of aerodynamic and aeroelastic basic relations, attention is focussed on the two-dimensional system. A review of the classical theory of flutter of a flat plate (aerofoil) is included, and a simplified arithmetical method for its execution is given. The applicability of the classical theory to bridges is investigated. An empirically modified theory of flutter makes use of measured aerodynamic coefficients (nonstationary derivatives). Available measuring methods are described and compared, and the applicability of the modified theory is investigated. Further discussion is dedicated to nonlinear aerodynamics and to dynamic-aeroelastic response behaviour. Flutter calculation for more general systems, i.e. line-like three-dimensional systems, requires theoretical investigation of the aeroelastics of a beam with freedom to bend and twist. The approach by partial differential equations, as well as the finite-element concept, are applied. The latter leads to the development of two aeroelatic beam elements. In order to account for the dynamic interaction between cables and other system elements (necessary for the calculation of composed systems), the dynamic stiffness matrix of a damped cable is derived. Its coefficients are analytical functions of the frequency of motion. They are subsequently represented by linear matrix polynomials, which facilitates the numerial solution of eigenvalue problems. The acquired findings are applied to real bridge systems and, in particular, to cable-stayed bridges. In connection with the so-called system damping and alternatively proposed terms, a description of system inherent, dynamically advantageous mechanisms is given. By means of a numerical flutter study on a multi-cable system, the influence of non-affinity of mode shapes on the flutter behaviour is investigated.
URI: http://tubdok.tub.tuhh.de/handle/11420/363
URN: urn:nbn:de:gbv:830-tubdok-4349
DOI: 10.15480/882.361
ISBN: 3-528-08881-8
Institut: Baustatik und Stahlbau B-4
Structural Analysis and Steel Structures B-4
Dokumenttyp: Buch (Monographie)
Enthalten in den Sammlungen:tub.dok

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