Eisenbahnbrücke Erfttal

Auftraggeber: Europäische Union, Research Fund for Coal and Steel, RFCS, vertreten durch die Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule, RWTH, Aachen
Berichte: 2009 DETAILS, Proc. Final Workshop, Lucca, Italia
Publikationen: 2008 IMAC 26 Orlando
2008 Eurodyn’08, Southampton, UK
2008 IABMAS, Seoul
2009 VDI Baudynamik, Kassel

Dieses Projekt wurde im Rahmen des EU-Forschungsprojektes DETAILS (Design for optimal performance of high speed railway bridges by enhanced monitoring systems), 1.7.2006 bis 31.6.2009, durchgeführt. Es wurde vom Research Fund for Coal and Steel, RFCS, unterstützt. rci dynamics organisierte im Auftrag (subcontract) der RWTH Aachen, eines DETAILS Projektpartners, die Versuche an der Erfttalbrücke. Diese zweigleisige Eisenbahnbrücke liegt in der Nähe der Stadt Kerpen zwischen Köln und Aachen (Abb. 1).

Im Rahmen des DETAILS-Projektes wurde im April 2007 an der Erfttalbrücke eine experimentelle modale Analyse unter ambienter Anregung durchgeführt. Das Ziel der Versuche war es, die Grundlagen für die optimale Anpassung eines Finite Element Modelles der Brücke an die Wirklichkeit zu erarbeiten. Planung, Durchführung und Auswertung der Experimente geschahen unter der Federführung und zum grössten Teil mit der Ausrüstung von rci dynamics, in Zusammenarbeit mit der RWTH Aachen, der Bauhaus Universität Weimar, der Katholischen Universität Leuven und GeoSIG Ltd., Glattbrugg. Die RWTH Aachen war für die Organisation der örtlichen Logistik besorgt.

Die Brücke besteht aus zwei durch eine Fuge getrennten, schwimmend gelagerten, einfachen Balken in WIB-Konstruktion (WIB = Walzträger in Beton) von gut 5 m Breite und mit einer Spannweite von 24.6 m (Abb. 2, 3). Jeder Balken trägt ein Bahngleis, das von verschiedenen Bahn-Typen benutzt wird, darunter auch ICE-Züge.

Abb. 1: Foto der Brücke mit ICE-Überfahrt.

Abb. 2: Grundriss der Brücke (Abmessungen in [m]) und Messpunktraster (Vierecke: Referenzen, runde Punkte: Rovers). Ebenfalls ersichtlich ist die Situation bezüglich des Autobahnzubringers unter der Brücke: Erfttalstrasse, 2 Spuren à 4.3 m, plus ein Grünstreifen (2 m) und eine Fussgänger/Fahrradspur (2.5 m).

 Abb. 3: Querschnitt der Brücke (Abmessungen in [m]).

Abb. 4: Ansicht der Brücke von unten.

Das Schotterbett ist in Quer- und in Längsrichtung durchgehend. Die Auflager sind als offene Elastomerlager ausgebildet. Um das für das Forschungsprojekt erforderliche Finite-Element-Modell so gut wie möglich an diese nicht ganz einfache Wirklichkeit anpassen zu können, wurde eine experimentelle Modalanalyse durchgeführt. Die Lage der 44 gewählten, vertikalen Messpunkte ist in den Abbildungen 2 und 3 angegeben. Diese Punkte wurden in vier Setups zu je 14 Sensoren abgearbeitet (4 Referenzen, 10 Rovers, vgl. Abb. 2) . Wie die nicht ganz einfachen Probleme bezüglich Montage und Umsetzung der Sensoren sowie Auffinden eines pro Setup genügend langen Zeitfensters ohne Zugsüberfahrt (letztlich maximal 400 Sekunden) gelöst wurden, ist in den eingangs erwähnten Publikationen beschrieben.

Die Optimierung des Finite Element Modelles erfolgte an der Bauhaus Universität Weimar mit dem dort entwickelten Softwarepaket OptiSlang und erwies sich als erwartungsgemäss anspruchsvoll. Immerhin konnten die ersten 7 Eigenschwingungen der Brücke mit f = 3.7…21 Hz mit guter Übereinstimmung optimiert werden (Abb. 5) (2009 VDI Baudynamik-Tagung).

Abb. 5: Vergleich der gemessenen (AVT) mit den berechneten, optimierten (FEM) Eigenschwingungen (MAC = Modal Assurance Criterion).