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Kontrollsensoren erhöhen die Sicherheit von Brücken

Moderne Brücken stellen die Bauingenieure vor Probleme, weil sie nur begrenzte Möglichkeiten bieten, Kabelvibrationen und Schwingungen des Brückendecks durch passive Dämpfer zu unterdrücken. Neu entwickelte Modelle an der Freien Universität von Brüssel zeigen ermutigende Resultate mit aktiven Vibrationsdämpfern, die mit Aktoren arbeiten.

Industrielle Technologien

Kabelbrücken und ihre besser bekannten Gegenstücke, die Hängebrücken, stellen die Bauingenieure vor besondere Herausforderungen, denn die Spezifikationen für ihre Konstruktion unterliegen stets irgendwelchen Grenzen, die durch Umwelteinflüsse und die Physik gegeben sind. In dem Bemühen, diese Brücken immer länger, strukturell effizienter und dünner zu bauen, sind die Brücken im Laufe der Zeit immer empfindlicher für Flattererscheinungen, windbedingte Schwingungen und Vibration durch die stetig wechselnden Belastungen geworden. Verschiedene technologische Lösungen wie Resonanzschwingungsdämpfer, Dämpfungszylinder und Kabelverspannungen wurden mit einigem Erfolg zur Anwendung gebracht. Allerdings tendieren beispielsweise Dämpfungszylinder dazu, Kabelvibrationen nur zu einem gewissen Teil zu unterdrücken. Danach können sich bedrohliche Vibrationen aufbauen, die fatale Folgen für die strukturelle Unversehrtheit haben können. Diese passiven Dämpfungselemente wurden stets nur in theoretischen Simulationen getestet, die unter Umständen nicht alle Anwendungsfälle repräsentieren. Die aktuelle Technologie bietet die Möglichkeit zum Umstieg von passiven auf aktive Dämpfungselemente und basiert auf einem Spannglied, das Vibrationen sowohl im Kabel als auch in der Brückenstruktur abschwächt. Dieses Spannglied wird von einem Aktor und einem Kraftsensor unterstützt, der die Stärke der Vibrationen überwacht und den Aktor entsprechend aktiviert. Experimente an maßstabsgerecht verkleinerten Laborattrappen erwiesen sich bislang als wirkungsvoll. Außerdem lieferte die Studie eine lineare Theorie, die davon ausgeht, dass das dynamische Verhalten der Kabel ignoriert werden kann und sich ihre Wechselwirkung mit der Struktur auf die Kabelspannung beschränkt. Eine Anwendung dieser Technologie durch Bauingenieure in größerem Maßstab, in der auch technische und wirtschaftliche Aspekte berücksichtigt werden, liefert die Erkenntnis, dass dieses aktive Dämpfungssystem sehr wirksam ist.

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