Die bei einer Zugüberfahrt gemessenen Bewegungen des Untergrundes werden aufgeteilt in einen deterministischen und einen stochastischen Anteil. Ersterer wird durch die Zuggeometrie und Zuggeschwindigkeit verursacht, letzterer basiert auf Irregularitäten von Zug und Trasse. Ersterer ist tieffrequent, letzterer weitgehend hochfrequent. Die Trennung beider Anteile erfolgt bei Messreihen durch eine Tief- und Hochpassfilterung mit einer Grenzfrequenz von 20 Hz. Auf der Basis von Überfahrtmessungen und Erkundungen des Untergrundes wird ein Winklerbalken- Modell der Bahntrasse erstellt. Das Winklerbalken-Modell dient der Modellierung von deterministischen Anteilen der Zugüberfahrten. Die Energiebilanz für das Winklerbalken-Modell zeigt auf, wie für bestimmte Zuggeometrien, Zuggeschwindigkeiten und Bettungsmodule die Energieumsetzung stattfindet. Eine Anwendung der Energiebilanz auf gemessene Zeitreihen erlaubt noch weitergehende Erkenntnisse: Der deterministische Anteil der Bewegungsgrößen beeinflusst hauptsächlich den Untergrund, er geht in die potentielle Energie der Bettung. Die Absenkung ist die relevante Größe. Der Oberbau hingegen wird hauptsächlich vom stochastischen Bewegungsanteil und der potentiellen Energie des Balkens beeinflusst. Hier spielt die Beschleunigung eine tragende Rolle. Die kinetische Energie gewinnt erst dann an Bedeutung, wenn man sich der kritischen, d. h. der der Rayleighwellen-Geschwindigkeit des Untergrundes entsprechenden Geschwindigkeit nähert. Der Porenwasserdruck wird vom deterministischen und stochastischen Bewegungsanteil beeinflusst. Die Auswertung der gemessenen Zeitreihen durch Bestimmung der Maximalwerte aller Bewegungsgrößen für die gemessene und die gefilterten Zeitreihen bestätigt die Ergebnisse der Energiebilanz: Die maximale Absenkung wird hauptsächlich durch die tieffrequente, unterhalb etwa 20 Hz liegende deterministische Bewegung bestimmt. Der stochastische Anteil ist vernachlässigbar. Umgekehrt verhält es sich bei den maximalen Beschleunigungen. Unser Konzept zur Vorhersage von Bewegungsgrößen nimmt das Winklerbalken-Modell zur Beschreibung der deterministischen Anteile zur Hilfe. Hier wirken sich Änderungen in Zuggeschwindigkeit und Achslast aus. Die Auswertung der hochpassgefilterten Messreihen hat keinen wesentlichen Einfluss von Zuggeschwindigkeit und Bettungsmodul auf die stochastischen Maximalwerte ergeben, so dass wir näherungsweise von einem im Wesentlichen konstanten stochastischen Anteil ausgehen. Wir greifen eine Methode der Ingenieurseismologie auf, indem wir aus unseren Messungen der stochastischen Anregung ein Beschleunigungs- Antwortspektrum erzeugen, zu dem eine passende Zeitreihe künstlich generiert wird. Diese künstliche Zeitreihe kann in einer Simulation - wenn gefordert - den stochastischen Anteil beisteuern. Die Energiebilanz zeigt, dass sich das Problem der Zugüberfahrten auf Weichböden reduziert auf die zyklische Beanspruchung durch deterministische Lasten. Es ist zu erwarten, dass Versagen durch schrittweise Akkumulation von bleibenden Verformungen auftritt. Da es sich um einen nichtlinearen Prozess handelt, ist zu klären, inwieweit die (dynamischen) stochastischen Anteile einen Einfluss auf die Entwicklung der Untergrundverformungen haben. Der Einfluss der Porenwasserdruckentwicklung in diesem Zusammenhang stellt eine zusätzlich zu untersuchenden Problematik dar.
Analyse von Bewegungsgrößen bei Zugüberfahrten und Strategien zur Entwicklung von Bemessungsverfahren
2006
8 Seiten, 5 Bilder, 8 Quellen
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