Langensandbrücke Luzern

Auftraggeber: Tiefbauamt der Stadt Luzern
Berichte: 060118, 18. Januar 2006
081231, 31. Dezember 2008
Publikationen: 2009 EMAUG Herzogenrath
2010 IMAC 28, Jacksonville, Florida
2011 IOMAC 4, Istanbul, Turkey

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Abb.1: Querschnitt der Langensandbrücke.

Die neue Langensandbrücke führt fünf Fahrspuren und, auf den Kragarmen, zwei breite Fussgänger/Radspuren beim Bahnhof Luzern über knapp ein Dutzend Eisenbahngeleise. Sie wurde, je zur Hälfte, in den Jahren 2008 und 2009 erstellt.

Ende 2005, noch im Projektierungsstadium, führte rci dynamics eine Analyse des zu erwartenden dynamischen Verhaltens der Brücke durch. Es sollte abgeschätzt werden, inwiefern die Fussgänger auf den Kragarmen durch verkehrserregte Schwingungen belästigt werden könnten. Für diese Analyse wurden keine aufwendigen Modellberechnungen durchgeführt. Die Beurteilung erfolgte lediglich in Kenntnis von groben Schätzwerten für die Grundfrequenzen der Brücke in Längs- und Querrichtung sowie auf der Basis von etwa 30 Jahren Erfahrung in der Thematik „Dynamische Fahrzeug/Brücken-Interaktion bei Strassenbrücken“ (Bericht Nr. 116/1, Diss. Cantieni, SGEB-DACH Zürich Brückendynamik).

Der Bauherr verzichtete in der Folge darauf, bereits im Projektierungsstadium die Anordnung von Schwingungstilgern im Detail zu planen.

Ende 2008, kurz vor der Eröffnung der ersten Hälfte der neuen Brücke, führte rci dynamics dynamische Versuch an der Brücke durch. Anschliessend an eine eine experimentelle modale Analyse der Brücke wurden Fahrversuche durchgeführt, bei denen die Kragarmschwingungen gemessen wurden.

Für die experimentelle Modalanalyse wurde die Ambient Vibration Testing Technologie benützt. Die Anregung durch die unter der Brücke durchfahrenden Züge und den Verkehr auf der noch bestehenden, alten Hälfte der Brücke war optimal. In zwölf Setups zu je einer halben Stunde wurden mit 15 simultan eingesetzten Sensoren PCB 393B31 152 Freiheitsgrade abgearbeitet. Zwei 3D-Punkte blieben als Referenzen am Ort, die anderen 9 Sensoren wurden als 1D- oder 3D-Rovers eingesetzt.

Abb. 2: Lage der für die ambiente Analyse benützen vier Messachsen 111, 113, 114 und 116 (rote Quadrate; von rechts nach links) im Brückenquerschnitt.

Abb. 3: Messpunktraster für die ambiente Analyse im Grundriss (oben). Eingezeichnet ist die Situation für den ersten Setup. Die Referenzen sind als schwarze Vierecke, die Rovers als blaue Vierecke, gross für 3D, klein für 1D, und als runde Punkte (nur in den Setups 1 und 2 benötigt) gekennzeichnet.

Zwischen f = 1.27 Hz und f = 34 Hz konnten 21 Eigenschwingungen nach Frequenz, Form und Dämpfung identifiziert werden (Abb. 4).

Abb. 4: Modale Parameter der 4. Eigenschwingung der Brücke (als Beispiel): f = 3.52 Hz, zeta = 0.88%.

Anschliessend wurden bei 77 Überfahrten von schweren Lastwagen und eines Gelenkbus‘ der Luzerner Verkehrsbetriebe die Schwingungen in drei Punkten aussen am Kragarm gemessen. Dabei wurden die Anzahl und Formation der Fahrzeuge, die Fahrachse (zentrisch und exzentrisch) und die Belagsebenheit (mit und ohne Brett) variiert (Abb. 5 bis 7). Da für Fahrten ohne Brett die maximalen, gemessenen Beschleunigungen den Bereich a = 0.5…1.0 m/s2 nicht überschritten, verzichtete der Bauherr in der Folge auf schwingungsmindernde Massnahmen.

Abb. 5: Anordnung der zentrischen Fahrachse und der drei 3D-Messpunkte für die Fahrversuche im Grundriss (oben).

Abb. 6: Während der Fahrversuche aufgezeichnetes Beschleunigungssignal.

Abb. 7: Die beiden 35-kN-Vierachser und der 26-kN-Luzerner Linienbus (ganz hinten) bei der Fahrt über die Langensandbrücke (hier in Linie über das 50-mm-Brett).