Schwingungsdämpfung von Fußgängerbrücken am Beispiel der neuen Fußgängerbrücke über die Bayerstraße in München

Fußgängerbrücken verfügen im Sinne einer ästhetischen Gestaltung in vielen Fällen über schlanke Tragstrukturen, die durch regulären Fußgängerbetrieb zum Schwingen angeregt werden können. Schwingungen werden von Passanten häufig als unangenehm empfunden, so dass zur Gewährleistung eines uneingeschränkten Nutzungskomforts definierte Grenzwerte der zu erwartenden Beschleunigungen eingehalten werden müssen. Wenn die Grenzwerte der tolerierbaren Beschleunigungen nicht durch die Strukturdämpfung erreicht werden können, sind häufig zusätzliche Dämpfungsmaßnahmen, z.B. durch Einbau von Schwingungsdämpfern, erforderlich.

Das Programmsystem STAAD.Pro gestattet mit der Durchführung von Time-History-Analysen mit wirklichkeitsnahen Anregungsfunktionen für die Beschreibung der Einwirkungen aus Fußgängerbetrieb die numerische Ermittlung der Eigenformen und der zugehörigen Eigenfrequenzen, gleichzeitig aber auch die Bestimmung der Auslenkungen, Schwinggeschwindigkeiten und Beschleunigungen. Durch die Integration von Schwingungsdämpfern im Berechnungsmodell lässt sich deren Wirkung zielgerichtet analysieren. Damit gestattet das Programmsystem durch seine Funktionalität eine optimale Konfektionierung der Schwinungsdämpfer.

Die exemplarisch vorgestellte Fußgängerbrücke zur Überquerung der Bayerstraße in München besteht aus einem bogenförmig gekrümmten, räumlichen Fachwerk aus Feinkornbaustählen S690 mit kraftschlüssig angebundener Gehwegplatte aus Stahlbeton. Das System verfügt über folgende Abmessungen:

Länge: 38,0 m
Gehwegbreite: 3,00 m

Sowohl aufgrund der messtechnisch verifizierten Schwingungsintensitäten, als auch bedingt durch die Verwendung ermüdungsempfindlicher Feinkornbaustähle musste die Brücke mit Schwingungsdämpfern ausgestattet werden. Dabei war der architektonischen Gestaltung der Brücke durch die Forderung seitens des Bauherren Rechnung zu tragen, dass die Schwingungsdämpfer vollständig in der Stahlbetonplatte mit einer Dicke hc = 18 cm zu integrieren waren.

Es wurden dynamischen Analysen zum Schwingungsverhalten mit folgenden Zielen durchgeführt:

• Berechnung der Eigenformen und zugehörigen Eigenfrequenzen einschließlich der Massenpartizipationsfaktoren vertikal sowie in Längs- und Querrichtung im Ausgangszustand
• Ermittlung der maximalen Beschleunigungen für Belastungskonfigurationen durch Fußgänger mit verschiedenen Schrittfrequenzen (Gehen/Laufen)
• Untersuchung der Beschleunigungen unter regulärem Fußgängerbetrieb und bei bewusstem Aufschaukeln mit implementierten Dämpfern
• Optimale Konfektionierung der Dämpfer unter Berücksichtigung der Restriktionen in Bezug auf die Abmessungen der Schwingungsdämpfer

Für die Aufgabenstellungen wurde ein Berechnungsmodell erstellt, bei dem das räumliche Fachwerk der Tragstruktur durch Stabelemente und die Gehwegplatte mit Flächenelementen modelliert wurde. Die Belastung wurde durch Kraft-Zeit-Funktionen in ungünstiger Anordnung auf dem Gehweg aufgebracht. Durch die Implementierung der Schwingungsdämpfer in das Berechnungsmodell konnte eine optimierte Konstellation mit 3 spezifisch gestalteten Schwingungsdämpfern erarbeitet werden, die in vorhandenen Ausnehmungen in der Gehwegplatte untergebracht werden konnten.

Mangerig und Zapfe,
Beratende Ingenieure GmbH
Schlierseestraße 73
D-81539 München
Tel.: +49 (0)89 62000022
info@mazam.de, http://www.mazam.de

Stahlbau, Heft 10, Oktober 2005