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Flüssigkeitsdämpfer zur Reduktion periodischer und stochastischer Schwingungen turmartiger Bauwerke. Online Ressource

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[Quelle: http://d-nb.info]

Der von Frahm bereits im Jahr 1910 patentierte im Englischen "Tuned Liquid Column Damper (TLCD)" genannte Flüssigkeitsdämpfer besteht aus einem U-förmigen Rohrsystem, gefüllt mit einer Newtonschen Flüssigkeit. Die durch eine gezielte Abstimmung ermittelten Parameter des Flüssigkeitsdämpfers bringen die Flüssigkeitsmasse mit einem Phasenunterschied von 90 Grad entgegen der Bewegungsrichtung des Bauwerks zum Schwingen, so dass die auf das Hauptsystem übertragenen Kräfte wie viskose Dämpfungskräfte wirken. Die Schwingungsenergie der Flüssigkeit wird im Rohrsystem durch die Turbulenzeffekte und die örtlichen Druckverluste infolge Reibung dissipiert. Die mathematische Beschreibung der Flüssigkeitsbewegung erfolgt über die instationäre Bernoulli-Gleichung. Die Geometriefaktoren des Flüssigkeitsdämpfers beeinflussen den zur Schwingungsreduktion maßgebenden effektiven Anteil der Flüssigkeitsmasse. Die Geometriefaktoren werden über den Neigungswinkel der vertikalen Strömungslinie, die Querschnittsfläche und die Länge der Flüssigkeitssäule definiert. Zur Lösung des Optimierungsproblems wurden bei den bisherigen Forschungsarbeiten die Geometriefaktoren immer als bekannt vorausgesetzt. Da der Wirkungsgrad des Flüssigkeitsdämpfers aber nicht nur von der Abstimmung der Eigenfrequenz und des Dämpfungsgrades sondern auch vom effektiven Massenanteil abhängig ist, müssen die Geometriefaktoren in das Optimierungsproblem des Flüssigkeitsdämpfers miteinbezogen werden. Zu diesem Zweck werden im Rahmen der Arbeit sowohl die Abstimmungskriterien von Den Hartog und Warburton als auch von Lyapunov mit erweiterten Optimierungsansätzen neu formuliert. Die Anwendung der neuen Optimierungskriterien wird anhand von zwei Beispielen vorgestellt.

Folgendes könnte Sie auch interessieren:

Bücher, Broschüren

Armin Ziegler
Bauwerksdynamik und Erschütterungsmessungen
2017, xi, 306 S., 18 SW-Abb., 262 Farbabb. 240 mm, Hardcover
Springer, Berlin

 

 

Der Band gibt eine Einführung in die Dynamikprobleme im Bauwesen. Dazu gehören Bauwerks- und Baugrund-Dynamik sowie Erschütterungsmessung. Weitere Schwerpunkte sind Erschütterungsausbreitung beim Schienenverkehr, Fußgängerbrücken und Kirchtürmen. Anhand von zahlreichen Beispielen aus der Praxis wird die Anwendung der Theorie gezeigt. Aus dem Inhalt: - Grundlagen der Bauwerksdynamik; - Grundlagen der Baugrunddynamik; - Erschütterungsmessung im Bauwesen; - Erschütterungsausbreitung beim Schienenverkehr; - Fußgängerbrücken; - Dynamik der Glockentürme; - Schwingende Balkone; - Erschütterungsüberwachung; - Simulation von Bauwerksdynamikproblemen; - Simulation von Bodendynamik-Problemen; - Die Tücken der Bauwerksdynamik.

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Hugo Bachmann
Wenn Bauwerke schwingen
Baudynamik und Erdbebeningenieurwesen in der Schweiz - Geschichte und Geschichten. Hrsg.: Stiftung für Baudynamik und Erdbebeningenieurwissen
2015, VI, 434 S., m. zahlr. farb. Abb. 264 mm, Hardcover
vdf Hochschulverlag AG

 

 

Im Mai 1976 erschütterte ein schweres Erdbeben das Friaul, ein Gebiet südöstlich von Graubünden. Das Ereignis wirkte wie ein Paukenschlag: Es zeigte auf, dass auch die Schweiz jederzeit von katastrophalen Schadenbeben betroffen sein könnte. Ebenfalls in den 1970er-Jahren traten bei Bauwerken immer mehr spektakuläre Fälle von Schwingungen auf - verursacht z.B. durch Wind, Verkehr, rhythmische menschliche Körperbewegungen oder rotierende bzw. stampfende Maschinen. Um diese Prozesse zu verstehen, braucht es die Baudynamik als Wissenschaft und Praxis der Bauwerksschwingungen und deren Vermeidung. Beide, Erdbebeningenieurwesen und Baudynamik, steckten damals noch in den Kinderschuhen. Aus bescheidenen Anfängen heraus entwickelte sich innerhalb von vier Jahrzehnten ein neues, modernes Fachgebiet der Bauingenieurwissenschaften. Der Autor, Mitbegründer der neuen Disziplinen, erzählt in dem Buch die spannungsvolle Geschichte des erdbebensicheren Bauens in der Schweiz.

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Lothar Stempniewski, Björn Haag
Baudynamik-Praxis
Mit zahlreichen Anwendungsbeispielen
2010, 264 S., 170 x 240 mm, Softcover
Beuth

 

 

Der Tragwerksplaner sieht sich in letzter Zeit immer häufiger auch mit baudynamischen Fragestellungen konfrontiert. Im vorliegenden Buch werden die drei dynamischen Einwirkungen Mensch, Maschine und Wind in übersichtlicher Form vorgestellt. Zulässige Schwingungsamplituden und mögliche Gegenmaßnahmen werden ausführlich diskutiert, letztere auch auf ihre praktische Umsetzbarkeit hin überprüft. Insgesamt 27 zum Teil sehr umfangreiche Rechen- und Praxisbeispiele erleichtern dem Leser das Verständnis.

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Glauco (Verfasser) Feltrin, Rene (Verfasser) Steiger
Baudynamik im Holzbau
SIA Dokumentation
Gültig ab: 05.03.2009.
2009, 128 S., Softcover
Verlag SIA

 

 

Tragwerke aus Holz sind als Leichtbauten deutlich schwingungsanfälliger als Stahlbeton- oder Stahlkonstruktionen. Holz wird außerdem, nicht wie Stahl oder Beton industriell hergestellt, sondern ist ein natürlicher Baustoff mit entsprechenden Abweichungen in den mechanischen Eigenschaften. Hinzu kommt, dass Konstruktionen aus Holz häufig weitgespannte Stabtragwerke mit einer entsprechend hohen Schwingungsanfälligkeit sind. Die Dokumentation spiegelt den aktuellen Stand des Wissens und der Praxis zu Fragen der Baudynamik im Holzbau wider. Es werden wichtige Grundlagen und Werkzeuge vermittelt, die dem Ingenieur dabei helfen, häufige baudynamische Problemstellungen selbstständig zu lösen. Grundlagen und Theorie werden praxisgerecht dargestellt und mit Beispielen veranschaulicht. Die Dokumentation fasst die Referate einer interdisziplinären Tagung zum Thema Holzbau und Baudynamik zusammen.

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Marc Weiner
Beurteilung von verkehrsinduzierten Schwingungen auf Eisenbahnbrücken aus Stahl
Akademische Schriftenreihe, Band V61303
2007, 164 S., 297 mm, Softcover
GRIN Verlag

 

 

Moderne Stahlkonstruktionen zeichnen sich durch ein geringes Eigengewicht und ebensolche Dämpfung aus, womit ihre Schwingungsanfälligkeit stark zunimmt. In diesem Zusammenhang stellen sich Fragen zum Schwingungsverhalten und zur Gebrauchstauglichkeit von stählernen Eisenbahnbrücken. Ein Ziel ist die Beurteilung der Einwirkungen mechanischer Schwingungen auf die sich auf einem Brückenbauwerk befindlichen Menschen, um Aussagen über die Wahrnehmbarkeit und Tolerierbarkeit der auftretenden Schwingungen zu treffen. Neben der Beurteilung von verkehrsinduzierten Schwingungen bei bestehenden Bauwerken sind auch Vorhersagen von zu erwartenden Schwingungen bei neuen Brückenbauwerken von Interesse. Um mögliche konstruktive Maßnahmen frühzeitig treffen zu können, werden Überfahrtsimulationen durchgeführt, deren Ergebnisse eine gute Einschätzung der zu erwartenden Brückenschwingungen liefern. Der zweite Teil der Diplomarbeit behandelt die Durchführung von Überfahrtsimulationen, sowohl über das Kreuzungsbauwerk Zangenberg, als auch über das Vergleichsbauwerk in Aachen, mit dem lehrstuhleigenen FE-Programm DYNACS. Um realistische Berechnungen der zu erwartenden Brückenschwingungen zu erhalten, und um die Vorhersagegenauigkeit des Programms DYNACS zu überprüfen, werden die Messergebnisse mit den Rechenergebnissen verglichen. In einem Ausblick werden weiter führende Maßnahmen zur Gestaltung der Richtlinie für die Beurteilung verkehrsinduzierter Brückenschwingungen und zur Weiterentwicklung des Programms DYNACS dargestellt.

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Forschungsberichte

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Kathrin Schwarzer
Beanspruchung und Schwingfestigkeit der Doppel-HY-Naht mit Doppelkehlnaht von Stirnplattenverbindungen. Schlußbericht
1999, 120 S., Abb.,Tab.,Lit.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Nach derzeitigem Stand der Regelwerke (Eurocode 3) ist die Kerbe in der Nahtwurzel bei der nicht durchgeschweißten Schweißverbindung des T-Stoßes ausschlaggebend für die Einstufung in die Kerbfallklassen und damit für den Ermüdungsfestigkeitsnachweis der gesamten Verbindung. Die Beurteilung der Wurzelkerbe und die Einstufung in die niedrigste Kerbklasse erfolgte allerdings auf der Basis der am Kreuzstoß gewonnenen Versuchsergebnisse. Der grundsätzlich andere Kraftfluß des geschraubten T-Stoßes im Gegensatz zum Kreuzstoß gab Anlaß, die bisherige Bewertung der Nahtwurzel in Frage zu stellen. Unter Bezug auf die aktuellen Regelwerke wurde der Einfluß von gemessenen Imperfektionen in der Nahtgeometrie, wie z.B. die Überhöhung, Dickenüberschreitung und Ungleichschenkligkeit der Naht, im Hinblick auf die Ermüdungsfestigkeit bewertet. Für diese Verbindungsart waren drei mögliche Versagensarten -bezogen auf den Bruchausgangsort- zu untersuchen; der Übergang von der Schweißnaht zum Zugblech, der Übergang von der Schweißnaht zur Stirnplatte und die Nahtwurzel. Es wurden zwei Serien von jeweils 25 Dauerschwingversuchen an zwei im Schweißzustand belassenen Modellen mit unterschiedlicher Stirnplattendicke (25 und 30 mm) unter schwellender Zugbeanspruchung (R=0) durchgeführt. Sowohl die Dauerschwingversuche als auch die numerischen Berechnungen zeigten, daß für diesen Verbindungstyp nicht die Wurzelkerbe maßgebend für den Nachweis der Ermüdungsfestigkeit wird, sondern die Nahtübergänge.

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G. Sedlacek, B. Hoffmeister
Schwingungsanfälligkeit für den Geschoßbau - eine Studie zur Klassifizierung der Gebrauchseigenschaften für den Eurocode 1. Abschlußbericht
1995, 86 S., Abb.,Tab.,Lit.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Zunehmender Optimierungs- und Ausnutzungsgrad moderner Stahl- und Verbundkonstruktionen haben zur Folge, daß die Schlankheiten und die Spannweiten von Deckenkonstruktionen immer größer werden. Diese Tendenz kann zu einer erhöhten Empfindlichkeit der Bauwerke gegenüber dynamischen Anregungen führen, was wiederum eine starke Beeinträchtigung der Gebrauchsfähigkeit nach sich ziehen kann. Soll die Gebrauchsfähigkeit hinsichtlich menscheninduzierter Schwingungen sichergestellt werden, müssen die dynamische Belastung, die Bauwerksreaktion und die Auswirkung des dynamischen Verhaltens aufeinander abgestimmt werden. Der Bericht liefert einen Überblick über den gegenwärtigen Kenntnis- und Normungsstand zu dem Thema menscheninduzierte Schwingungen, deren Ursachen und Auswirkungen. Es konnte festgestellt werden, daß hinsichtlich der anzusetzenden Belastung (Laufen, Gehen, Hüpfen) die in allen herangezogenen Quellen gewählten Ansätze weitgehend ähnlich sind. Der Vergleich der Normen, die eine Bewertung und Beurteilung der Schwingungseinwirkungen auf den Menschen ermöglichen, zeigt zum Teil deutliche Unterschiede auf.

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G. Valtinat, I. Hadrych
Messung der Vorspannkräfte von Nieten in Altbrücken. Entwicklung der Meßtechnik
1995, 84 S.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Die Schwingfestigkeit von Lochstäben mit Nieten und von Nietverbindungen alter Brückenbauwerke wird durch die Vorspannkräfte in den Nieten positiv beeinflußt, weil die Vorspannung einen gewissen Schutz um das Loch herum aufbaut und so die Spannungskerbe am Lochrand mildert. Die Höhe der Vorspannkräfte in den Nieten kann durch implantierte Dehnungsmeßstreifen (DMS) gemessen werden. Für die Ergebnistauglichkeit ist die Kenntnis des Kriechverhaltens dieser DMS erforderlich. Feindehnungsmessungen an 11 vorgespannten Testschrauben mit implantierten DMS und Vergleichsmeßinstrumenten ergaben, daß sich die Kriecheinflüsse der implantierten DMS und ihrer Kleber noch nach 360 Monaten unter 1% des Anfangswerts der Vorspannkraft halten.

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Günther Valtinat
Low-cycle-fatigue-Beanspruchung von auf Abscheren beanspruchten Schrauben mit Gewinde in der Scherfuge
1995, 23 S.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Nach der Stahlbau-Norm DIN 18800 Tl.1 November 1990 darf in Scher-Lochleibungs-Verbindungen das Gewinde der Schraube in der Scherfuge liegen. Für eine solche Verbindung ist ein Betriebsfestigkeitsnachweis nicht erforderlich, wenn eine bestimmte Lastspielzahl bzw. Spannungsschwingbreite nicht überschritten wird. Nichständige Lasten (Wind oder Erdbeben) verursachen eine Low-cycle-Beanspruchung im Gewindeteil der Schraube. Hierzu sind Untersuchungsergebnisse nicht bekannt. Ziel war daher, nachzuweisen, daß nichtständige Lasten mit niedrigen Lastwechselzahlen die Beanspruchbarkeit von Scher-Lochleibungs-Verbindungen mit Gewinde in der Scherfuge nicht beeinträchtigen. Ergebnisse sind: Es werden die Betriebsfestigkeitsergebnisse aus 79 Low-cycle-fatigue Versuchen an Schrauben mitgeteilt. In zweischnittigen Druck-Scherkörpern lag der Gewindeabschnitt der Schrauben in den beiden Scherfugen. Für den Gebrauchszustand kann man etwa damit rechnen, daß bei 5.6-Schrauben 140000 Lastwechsel und bei 10.9-Schrauben 53000 Lastwechsel ertragen werden.

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Markus Wacker
Bestätigungsversuche zu einem neuen Rechenmodell für die Erfassung des dynamischen Verhaltens von Kranbahnen und ihrer Unterstützungen beim Kranbetrieb mit vertikaler Lasteinwirkung. Tl.2. Meßdiagramme aus den Versuchen
1994, 451 S., Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

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Zeitschriftenartikel

Folgende Literaturnachweise stammen aus der Datenbank RSWB^®plus. Die Datenbank unterstützt schnell und zielsicher Fachleute aus Planungsfirmen, Industrie und Forschung, sowie Lehrkräfte und Studierende in der akademischen Ausbildung bei Nachweis und Beschaffung von Fachinformation zum Planen und Bauen.

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Nagel, Sven; Zieger, Toni; Luhmann, Birger; Knödel, Peter; Ritter, Joachim; Ummenhofer, Thomas
Erschütterungsemissionen von Windenergieanlagen
Stahlbau, 2019

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Mack, Thomas; Geier, Roman; Strauss, Alfred
Entwicklung einer praxisnahen Analyse zur Dämpfungsbestimmung von vorgespannten Seilen und Kabeln. Nachweis im Labor und an Bestandsbrücken
Stahlbau, 2019

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Dragos, Kosmas; Steiner, Maria; Zabel, Volkmar; Smarsly, Kay
Monitoringgestützte Analyse von Schwingungsdämpfern in Turmbauwerken
Bautechnik, 2018

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Gömmel, Andreas
Minderung von Erschütterungs- und Körperschalleinträgen von Seilbahnen in ein Gebäude
Bautechnik, 2018

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Pradler, Klemens
Resonanzschwingungen des Trockenpartiefundaments einer Papiermaschine
Bauingenieur, 2018

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