Methoden zur Lebensdauerverlängerung von Eisenbahnbrücken mit aktiven Elementen (T01*)

• Fachliche Zuordnung: Konstruktiver Ingenieurbau, Bauinformatik und Baubetrieb
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 279064222

Ziel des Transferprojekts ist die Entwicklung, Umsetzung und experimentelle Demonstration eines Systems zur Lebensdauerverlängerung bestehender Eisenbahnbrücken durch aktive Schwingungsreduktion. Im Fokus steht dabei der Einsatz hydraulischer Aktoren, die gezielt auf eine hohe Bandbreite dynamischer Beanspruchungen reagieren und dadurch Ermüdungseffekte an Tragwerken effektiv vermindern können. Das Projekt baut auf Vorarbeiten aus dem SFB 1244 auf, insbesondere auf Erfahrungen mit dem adaptiven Demonstrator-Hochhaus D1244. Züge erzeugen periodische Belastungen, die Brücken in Schwingung versetzen. Die Erregerfrequenzen hängen wesentlich vom Verhältnis der Zuggeschwindigkeit zu den größten Achsabständen ab. Die Anzahl der ertragbaren Schwingungszyklen wird vor allem durch die Schwingungsamplitude bestimmt, die bei Anregung nahe der Eigenfrequenzen besonders groß ist, aber auch außerhalb dieses Bereichs Ermüdung verursacht. Eine effektive Maßnahme zur Lebensdauerverlängerung ist daher die Reduktion von Schwingungen über einen breiten Frequenzbereich. State-of-the-Art-Systeme sind meist Schwingungstilger, die die Wechselwirkung zwischen Trägheit und inneren Kräften manipulieren. Dazu zählen passive Tuned Mass Dampers (TMDs), die in der Regel auf Eigenfrequenzen abgestimmt sind und daher bei wechselnden Anregungsfrequenzen nur begrenzt wirksam bleiben. Im Gegensatz dazu zielt das hier entwickelte System auf die Beeinflussung der äußeren Kräfte mittels Aktoren ab, die in einem breiten, kontinuierlichen Frequenzbereich wirksam sind. Der Fokus liegt auf Stahltrogbrücken, deren Lebensdauerverlängerung aufgrund ihrer Häufigkeit und Altersstruktur ein großes Potenzial bietet. Das neue System basiert auf einem Momenten-Randeingriff, der mittels hydraulischer Linearaktoren und einer Hebelarmkonstruktion an den Brückenlagern einer Brückenstirnseite realisiert wird. Das Forschungsvorhaben umfasst zunächst die Entwicklung und Regelung des neuen Systems. Dazu gehören die Konstruktion der Aktorik, die Entwicklung und Auslegung des Hydrauliksystems sowie die Konzeption einer Regelung zur Schwingungsreduktion unter Berücksichtigung der Tragwerks-Rückwirkungen auf das Hydrauliksystem und dessen nichtlinearer Dynamik. Zentral ist die experimentelle Demonstration des neuen Systems an einer stillgelegten Brücke in Cottbus unter künstlicher Anregung. Zum Vergleich werden ein passiver, semi-aktiver und aktiver TMD installiert und getestet. Des Weiteren wird eine Online-Schätzung der individuellen Zugachslasten sowie des Brückenzustands entwickelt und an einer parallelen, in Betrieb befindlichen Brücke erprobt. Die dann vollständig bekannte Last wird in der Regelung zur Schwingungsreduktion und in einem Belastungsmonitoring zur Abschätzung der Lebensdauer genutzt. Anwendungspartner sind die MAURER SE, Liebherr COK, die DB InfraGO AG, welche die Versuchsbrücken zur Verfügung stellt, sowie das Deutsche Zentrum für Schienenverkehrsforschung (DZSF).

• DFG-Verfahren: Sonderforschungsbereiche (Transferprojekt)
• Teilprojekt zu: SFB 1244: Adaptive Hüllen und Strukturen für die gebaute Umwelt von morgen
• Antragstellende Institution: Universität Stuttgart
• Unternehmen: DB InfraGO AG; Liebherr-Components Kirchdorf GmbH; Maurer Engineering GmbH
• Teilprojektleiter: Professor Dr.-Ing. Manfred Bischoff; Professor Dr.-Ing. Oliver Sawodny