The purpose of this paper is to present a novel single tube semi-active tuned liquid gas damper (SA-TLGD) for suppressing horizontal vibrations of tower-like structures and to study its damping ...effectiveness. The main difference to the well-known state-of-the-art tuned liquid column damper (TLCD) is the special geometric shape of the developed SA-TLGD. Contrary to the TLCD, the presented SA-TLGD only consists of a single horizontal tube that is partially filled with water. A large deformable elastic membrane with neglectable stiffness is used as the interface between the liquid and the air. Both ends of the horizontal tube are sealed and the resulting gas spring is used as the restoring force and frequency tuning parameter, respectively. The developed SA-TLGD is a semi-active vibration damping device, where its natural frequency and magnitude of energy dissipation can be re-adjusted during operation. Due to the lack of any vertical tube parts, this new type of vibration absorber requires significantly less installation space compared to the classical TLCDs. The equations of motion of the SA-TLGD and the coupled main system are derived by the application of conservation of momentum. The procedure of optimal tuning of the SA-TLGD is presented, and computational numerical studies are performed to demonstrate the damper effectiveness. It is shown that the application of the developed SA-TLGD provides a large reduction in the maximum horizontal forced vibration amplitudes of tower like-structures and that its semi-active functionality enables the possibility of re-adjustment any time during the operation life of the structure.
In recent years, the vehicle-based indirect Structural Health Monitoring (iSHM) method has been increasingly used to identify the dynamic characteristics of railway bridges during train crossings, ...and it has been shown that this method has several advantages compared to traditional SHM methods. A major advantage is that sensors are just mounted on the vehicle, and no sensors or data acquisition systems need to be installed on the railway bridge. In this paper, the application of the vehicle-based iSHM method is demonstrated numerically and experimentally for determining the natural frequencies of railway steel bridges during train crossing. The coupled linear equations of motion of the train-bridge multi-body system are derived, and train crossing simulations are conducted numerically, considering different train speeds. Three different railway bridges are considered, and the train-induced vibration responses are calculated for both the train multi-body system and the railway bridge models. Different representative evaluation points are chosen for the wheelsets, bogies, and car bodies of the considered vehicle. To calibrate the numerical model, the resonance frequencies of an existing single-span steel bridge are measured in situ by the application of forced vibration tests. Besides the executed in situ measurements of the bridge, the considered crossing vehicle is also instrumented with several accelerometers at the wheelsets, bogies, and car bodies, and the vibration responses of both the bridge and the crossing vehicle are measured simultaneously during the duration of several train crossings with different train speeds. The recorded vibration responses are analyzed in the frequency domain and compared with numerical simulation results. It is shown that the first bending frequency of the considered railway bridge can be clearly identified from the computed frequency response spectra and that the vehicle-based iSHM method provides a promising tool for identifying the dynamic characteristics of railway bridges.
Die bei Zugfahrten in Eisenbahntunneln auftretenden druckwellen‐ und strömungsinduzierten aerodynamischen Belastungen werden dargelegt und in Bezug auf die Beanspruchungswirkungen der in modernen ...Bahntunneln ausgeführten unterschiedlichen Einbauten diskutiert. Es wird gezeigt, dass die in den derzeitigen Richtlinien und Normen angegebenen Belastungsgrößen tw. unvollständig sind und insbesondere die Effekte einer Wirbelablösung am Heck des fahrenden Zugs mit der daraus sich einstellenden hochgradig dynamischen Wirbelschleppe nicht abdecken. Im Zuge von mehreren Messkampagnen und begleitenden numerischen Simulationsberechnungen wurden in Österreich die in der Realität bei Zugfahrten in Eisenbahntunneln tatsächlich auftretenden aerodynamischen Belastungen abgeleitet und darauf aufbauend für unterschiedliche Einbauten die bei der Bemessung anzusetzenden Belastungswerte formuliert. Bei den Simulationsberechnungen wurde insbesondere auch die bei langen Tunneln maßgebende Fahrt von mehreren Zügen dicht hintereinander untersucht. Die Durchführung dieser numerischen Simulationsberechnungen und Messkampagnen unter realen Betriebsbedingungen in schnell befahrenen eingleisigen Eisenbahntunneln sowie die erzielten Ergebnisse werden dargelegt.
Aerodynamic loads to installations in high‐speed railway tunnels
The pressure wave and flow‐induced aerodynamic loads occurring during train runs in railway tunnels are described and discussed with reference to the different installations in modern railway tunnels. It is shown that the load values given in the current guidelines and standards are partly incomplete and in particular do not cover the effects of vortex shedding at the rear of the moving train with the resulting highly dynamic wake vortex. In the course of several measurement campaigns and accompanying numerical simulations, the aerodynamic loads actually occurring in reality during train travel in railway tunnels were recorded in Austria and based on this, the load values to be used in the design were formulated for different installations. In the numerical simulations, the decisive travel of several trains in close succession in long tunnels was also examined. The execution of these numerical simulations and measurement campaigns under real operating conditions in fast single‐track railway tunnels as well as the results obtained are presented.
Full text
Available for:
BFBNIB, FZAB, GIS, IJS, KILJ, NLZOH, NUK, OILJ, SAZU, SBCE, SBMB, UL, UM, UPUK
Abstract
Die bei Zugfahrten in Eisenbahntunneln auftretenden druckwellen‐ und strömungsinduzierten aerodynamischen Belastungen werden dargelegt und in Bezug auf die Beanspruchungswirkungen der in ...modernen Bahntunneln ausgeführten unterschiedlichen Einbauten diskutiert. Es wird gezeigt, dass die in den derzeitigen Richtlinien und Normen angegebenen Belastungsgrößen tw. unvollständig sind und insbesondere die Effekte einer Wirbelablösung am Heck des fahrenden Zugs mit der daraus sich einstellenden hochgradig dynamischen Wirbelschleppe nicht abdecken. Im Zuge von mehreren Messkampagnen und begleitenden numerischen Simulationsberechnungen wurden in Österreich die in der Realität bei Zugfahrten in Eisenbahntunneln tatsächlich auftretenden aerodynamischen Belastungen abgeleitet und darauf aufbauend für unterschiedliche Einbauten die bei der Bemessung anzusetzenden Belastungswerte formuliert. Bei den Simulationsberechnungen wurde insbesondere auch die bei langen Tunneln maßgebende Fahrt von mehreren Zügen dicht hintereinander untersucht. Die Durchführung dieser numerischen Simulationsberechnungen und Messkampagnen unter realen Betriebsbedingungen in schnell befahrenen eingleisigen Eisenbahntunneln sowie die erzielten Ergebnisse werden dargelegt.
Abstract
Aerodynamic loads to installations in high‐speed railway tunnels
The pressure wave and flow‐induced aerodynamic loads occurring during train runs in railway tunnels are described and discussed with reference to the different installations in modern railway tunnels. It is shown that the load values given in the current guidelines and standards are partly incomplete and in particular do not cover the effects of vortex shedding at the rear of the moving train with the resulting highly dynamic wake vortex. In the course of several measurement campaigns and accompanying numerical simulations, the aerodynamic loads actually occurring in reality during train travel in railway tunnels were recorded in Austria and based on this, the load values to be used in the design were formulated for different installations. In the numerical simulations, the decisive travel of several trains in close succession in long tunnels was also examined. The execution of these numerical simulations and measurement campaigns under real operating conditions in fast single‐track railway tunnels as well as the results obtained are presented.
Full text
Available for:
BFBNIB, FZAB, GIS, IJS, KILJ, NLZOH, NUK, OILJ, SAZU, SBCE, SBMB, UL, UM, UPUK
Die Verwendung von Flüssigkeitstilgersystemen (Tuned liquid column dampers – TLCD) zur Dämpfung unerwünschter Strukturschwingungen stellt eine gute Alternative zu herkömmlichen Dämpfungssystemen dar. ...Diese werden in der Regel durch sogenannte Isolatoren oder Dissipatoren bzw. mithilfe von Masse‐Feder‐Dämpfern (TMD) reduziert. Isolatoren und Dissipatoren arbeiten ohne zusätzliche Masse, TMD‐Systeme besitzen eine zusätzliche Masse, welche über eine Feder und meist einen viskosen Dämpfer mit dem Hauptsystem gekoppelt ist. Eben diese zusätzliche Masse sorgt sowohl beim TMD als auch beim Flüssigkeitstilger durch ihre dem Hauptsystem gegenläufige Bewegung für den gewünschten Dämpfungseffekt. Die theoretischen wie auch praktischen Laboruntersuchungen der Bemessungsparameter des Flüssigkeitstilgers sind Gegenstand des vorliegenden Beitrags. Besonderes Augenmerk liegt hierbei auf der Eigendämpfung des Fluids. Diese hängt wesentlich von den rheologischen Eigenschaften der Flüssigkeit selbst ab und weist dementsprechend – je nach Flüssigkeit – relativ große Unterschiede auf. Dieser Beitrag beschreibt zum einen theoretische, rheologische Grundlagen und zum anderen untersucht und überprüft er deren Auswirkungen auf das Dämpfungsverhalten eines Flüssigkeitstilgers anhand von Versuchsergebnissen. Ziel war es, die Auswirkungen der Flüssigkeitseigenschaften wie Viskosität, Scherraten, Dichte usw. auf die Eigendämpfung der Flüssigkeit darzustellen und zu vergleichen. Darüber hinaus sollte der Zusammenhang von Tilgerdämpfung und der Dämpfung des Gesamtsystems dargestellt werden. Dafür wurden mittels eines eigens entwickelten Versuchsstands Ausschwingversuche durchgeführt und die ausgewerteten Zeitverläufe gegenübergestellt.
Damping behavior of different fluids used for a Tuned Liquid Column Damper System
Tuned liquid column dampers (TLCD) represent a good alternative to other commonly used damping systems applied on engineering structures. The use of an additional mass causes a contrary motion in relation to the main oscillating system. This contrary motion enables an efficient way to mitigate unwanted structural vibrations. To obtain high damping efficiencies certain parameters of the TLCD must be optimized and adjusted to the main system. Important parameters would be the mass – m, the eigenfrequency of the damper fT, the stiffness and of course the damping of the system itself. The theoretical and experimental investigations of certain parameters are the aim of this contribution. The main focus was on the damping term of the TLCD. Since it is strongly dependent on the rheological parameters of the fluid, such as viscosity, shear rates, density etc. different fluids were tested and after evaluation compared. To execute these experiments, a test stand has been designed and built. So the main aim of this research work is to theoretically explain fundamental fluid parameters and in a further step to show how a change of these parameters changes the damping behavior of the TLCD.
Full text
Available for:
BFBNIB, FZAB, GIS, IJS, KILJ, NLZOH, NUK, OILJ, SAZU, SBCE, SBMB, UL, UM, UPUK
Abstract
Die Verwendung von Flüssigkeitstilgersystemen (Tuned liquid column dampers – TLCD) zur Dämpfung unerwünschter Strukturschwingungen stellt eine gute Alternative zu herkömmlichen ...Dämpfungssystemen dar. Diese werden in der Regel durch sogenannte Isolatoren oder Dissipatoren bzw. mithilfe von Masse‐Feder‐Dämpfern (TMD) reduziert. Isolatoren und Dissipatoren arbeiten ohne zusätzliche Masse, TMD‐Systeme besitzen eine zusätzliche Masse, welche über eine Feder und meist einen viskosen Dämpfer mit dem Hauptsystem gekoppelt ist. Eben diese zusätzliche Masse sorgt sowohl beim TMD als auch beim Flüssigkeitstilger durch ihre dem Hauptsystem gegenläufige Bewegung für den gewünschten Dämpfungseffekt. Die theoretischen wie auch praktischen Laboruntersuchungen der Bemessungsparameter des Flüssigkeitstilgers sind Gegenstand des vorliegenden Beitrags. Besonderes Augenmerk liegt hierbei auf der Eigendämpfung des Fluids. Diese hängt wesentlich von den rheologischen Eigenschaften der Flüssigkeit selbst ab und weist dementsprechend – je nach Flüssigkeit – relativ große Unterschiede auf. Dieser Beitrag beschreibt zum einen theoretische, rheologische Grundlagen und zum anderen untersucht und überprüft er deren Auswirkungen auf das Dämpfungsverhalten eines Flüssigkeitstilgers anhand von Versuchsergebnissen. Ziel war es, die Auswirkungen der Flüssigkeitseigenschaften wie Viskosität, Scherraten, Dichte usw. auf die Eigendämpfung der Flüssigkeit darzustellen und zu vergleichen. Darüber hinaus sollte der Zusammenhang von Tilgerdämpfung und der Dämpfung des Gesamtsystems dargestellt werden. Dafür wurden mittels eines eigens entwickelten Versuchsstands Ausschwingversuche durchgeführt und die ausgewerteten Zeitverläufe gegenübergestellt.
Damping behavior of different fluids used for a Tuned Liquid Column Damper System
Tuned liquid column dampers (TLCD) represent a good alternative to other commonly used damping systems applied on engineering structures. The use of an additional mass causes a contrary motion in relation to the main oscillating system. This contrary motion enables an efficient way to mitigate unwanted structural vibrations. To obtain high damping efficiencies certain parameters of the TLCD must be optimized and adjusted to the main system. Important parameters would be the mass – m, the eigenfrequency of the damper f
T
, the stiffness and of course the damping of the system itself. The theoretical and experimental investigations of certain parameters are the aim of this contribution. The main focus was on the damping term of the TLCD. Since it is strongly dependent on the rheological parameters of the fluid, such as viscosity, shear rates, density etc. different fluids were tested and after evaluation compared. To execute these experiments, a test stand has been designed and built. So the main aim of this research work is to theoretically explain fundamental fluid parameters and in a further step to show how a change of these parameters changes the damping behavior of the TLCD.
Full text
Available for:
BFBNIB, FZAB, GIS, IJS, KILJ, NLZOH, NUK, OILJ, SAZU, SBCE, SBMB, UL, UM, UPUK
Dynamische Einwirkungen haben auf die Lebensdauer von zahlreichen Strukturen und Systemen einen signifikanten Einfluss. Die Wechselwirkungen zwischen dynamischen Einwirkungen, wie z.B. aus Wind, ...Fußgängern und Verkehrslasten im Allgemeinen, und Strukturen können die dynamischen Strukturantworten bedeutend erhöhen und die erlaubten Grenzzustände im Betrieb maßgebend überschreiten. Das Ziel dieses Beitrags ist die detaillierte Diskussion der Dämpfungseigenschaften von Tuned Liquid Column Dampers (TLCD) für Rotations‐schwingungen von Pendelsystemen. Insbesondere ist die detaillierte Diskussion und Präsentation der experimentell ermittelten Dämpfung der TLCD in Bezug auf die dynamischen Faktoren eines Pendelsystems von Interesse.
Reduction of pendulum oscillations in engineering by using Tuned Liquid Column Dampers
Dynamic effects have a significant impact on lifetime of structures. The interaction between a structure and several dynamic effects such as wind, pedestrians and traffic loads in general, can lead to a significant increase of the dynamic structural response. The objective of this contribution is the detailed discussion of the damping performance of Tuned Liquid Column Dampers (TLCD) for rotational oscillated pendulum systems. In particular, the goals are the detailed discussion and presentation of the experimentally determined damping performance of TLCD's with respect to the dynamic factors of pendulum systems.
Full text
Available for:
BFBNIB, FZAB, GIS, IJS, KILJ, NLZOH, NUK, OILJ, SAZU, SBCE, SBMB, UL, UM, UPUK
Aus der Geologie ist vor allem bei geschieferten Gesteinen ein Einfluss der Belastungsrichtung auf die einaxiale Druckfestigkeit bekannt. Dieser Einfluss lässt sich vor allem aus der Lage der ...einzelnen Schieferflächen bzw. Klüften zur Richtung der Lasteinleitung ableiten. Diese Eigenschaft kann durch unerwartete geringere Festigkeiten zu Problemen bei der Abschätzung der Tragfähigkeit führen. Im Rahmen dieses Beitrags wird am Beispiel durchgeführter kleinmaßstäblicher Labortests die Fragestellung behandelt, ob sich eine Abhängigkeit von der Belastungsrichtung auch für Vollziegel feststellen lässt. Hierzu wurden Bohrkerne aus zwei Chargen historischer Mauerziegel sowie aus handelsüblichen Normalformat‐Mauerziegeln entnommen. Die Druckfestigkeit wurde mittels einaxialen Druckversuchs nach EN 772‐1 bestimmt. Hierbei zeigt sich, dass insbesondere bei maschinell gefertigten Ziegeln ein Einfluss in Abhängigkeit von der Richtung der Lasteinleitung auftritt. Bei den historischen Ziegeln zeigt sich ein Einfluss nur in sehr geringer Weise, insbesondere weil die deutlich größeren Inhomogenitäten im Werkstoff andere Effekte überlagern. Für die Abschätzung der Tragfähigkeit von bestehenden Bauwerken aus Mauerwerk können die Ergebnisse dieser Arbeit einen wertvollen Beitrag liefern. Gerade bei Bestandsbauwerken ist der Einfluss nicht bekannter Materialparameter eine wichtige Grundlage für die Beurteilung.
Influence of loading direction on the uniaxial compressive strength of solid brick. The influence of the loading direction on the uniaxial compressive strength is well known from geology in case of cleavage stones. This relation is caused by both the orientation of the single cleavages, the laminar interlock and the gaps within the stone to the loading direction. These phenomenons can cause problems in evaluating the performance of existing structures due to the fact of unexpected low values for the compressive strength. Within this contribution it is discussed, based on small‐scale laboratory tests if this correlation is also valid for brick stones. For this purpose two charges from historical bricks from the 19th century and from one series of new bricks disked‐shaped specimens were taken. These drill cores were conditioned to equal testing conditions and loaded up to failure according to EN 772‐1. These tests show, that in case of machine‐made bricks there is an influence of the loading direction to the value of the compressive strength. In case of historical bricks the influence of the loading direction does not exceed the uncertainties and inhomogeneity which are given by the raw material and the manufacturing procedure. The results of this contribution can be used for the assessment of existing structures made of masonry. In these cases material parameters often are unknown and have to be determined by experimental testing.
Full text
Available for:
BFBNIB, FZAB, GIS, IJS, KILJ, NLZOH, NUK, OILJ, SAZU, SBCE, SBMB, UL, UM, UPUK
