Risk assessment of bridge decks prone to vortex induced vibrations

Die vorliegende Arbeit beschaftigt sich mit der Risikobewertung von Brucken, bei denen unter Windanstromung wirbelerregte Schwingungen auftreten. Eine Untersuchung der Tragwerksantwort unter der speziellen Windbelastung wird gegenwartig als unerlasslich beim Entwurf von schlanken Brucken angesehen. Zur Quantifizierung des Risikos im Zusammenhang mit wirbelerregten Schwingungen wird ein Ansatz vorgestellt, der sich an die bekannte PEER-Gleichung anlehnt. Im ersten Schritt wird die Gefahrdung des Standorts der Brucke ermittelt. Dabei werden die Auftretenswahrscheinlichkeiten der Windereignisse fur den Standort analysiert. Sowohl fur die Windgeschwindigkeit als auch fur die Windrichtung wird eine Weilbull-Verteilung angenommen. Die Winddaten werden auch mit einem Hybridmodell untersucht, wobei die Modellparameter ohne die Berucksichtigung von windstillen Zeitraumen bestimmt werden. Die Ergebnisse beider Verfahren werden verglichen. Im nachsten Schritt wird die Schwingungsreaktion des Bauwerks auf die Anregung durch den Wind bewertet. Wie eine Literaturrecherche zeigt, ist keines der aus dem Fachschrifttum bekannten Modelle in der Lage, zuverlassig das Schwingungsverhalten der Brucke fur Scruton-Zahlen vorherzusagen, fur die nicht die aeroelastischen Parameter identifiziert wurden. Das Ehsan-Scanlan-Modell liefert jedoch brauchbare Ergebnisse fur praktische Anwendungen im Bruckenbau und wird deshalb hier verwendet. Die numerische Losung der auftretenden Van-der-Pol-Gleichung wird mit speziell dazu durchgefuhrten Windkanalmessungen verglichen. Auftretende Probleme bei der Ermittlung der Amplituden der Grenzzyklen werden ausfuhrlich diskutiert. Zusatzlich wird eine alternative Vorgehensweise zur Bestimmung der aeroelastischen Parameter des Ehsan-Scanlan-Modells vorgestellt. In einer Fallstudie werden die Moglichkeiten des entwickelten Verfahrens zur Risikobewertung verdeutlicht. Abschliesend wird ein Ausblick fur weitere Entwicklungen in diesem Forschungsgebiet vorgestellt.