Im Tiefbaubereich werden Ramm- und Verdichtungs- (Ruettel-) Arbeiten durchgefuehrt, deren Schwingungsbelastungen sich im Untergrund fortpflanzen und Auswirkungen auf Bauwerke haben. erschuetterungserzeugende Geraete sind vor allem Bodenverdichter sowie Rammen oder Meissel zum Einbringen von Bauteilen oder z.B. zum Brechen von Fahrbahndecken. Fuer erschuetterungsempfindliche Bauwerke wie z.B. fuer erdverlegte Versorgungsleitungen, Gebaeude oder auch Gebaeudeeinrichtungen (z.B. Rechenzentrum) muessen entweder die Emissionen reduziert oder es muss ein ausreichender Immissionsschutz hergestellt werden. Einen gleichen Stellenwert wie der bauliche Erschuetterungsschutz haben Erschuetterungseinwirkungen auf Menschen in Gebaeuden. Die Erschuetterungsausbreitung im Untergrund ist in hohem Masse von den Untergrundverhaeltnissen, den eingesetzten Geraetschaften sowie von der Gelaendegeometrie abhaengig. Speziell fuer erdverlegte Versorgungsleitungen ist der Einfluss der Bettung von Bedeutung. Das Randwertproblem ist in der Fachliteratur bislang nur unter Beruecksichtigung idealisierter Annahmen behandelt. Als Einwirkungen auf den Untergrund wird ein breites Spektrum der Frequenzen sowie wirkenden Energien betrachtet. Die Stoffgesetze fuer die anstehenden Boeden enthalten sowohl die Parameter Saettigungsgrad als auch die hysteretische Daempfung. In Parameterstudien ist ausser einer Variation des Abstandes zwischen Erregerquelle und dem zu beurteilenden Punkt auch eine Variation geometrischer Groessen des Bauwerkes vorgesehen. Zentraler Punkt sind Untersuchungen zum Einfluss der Einbettungs- und Ueberschuettungsbedingungen. Im Hinblick auf Sackungen unterhalb der Rohrleitung sind vor allem auch die Auswirkungen einer Ueberhoehung der Schwingungsamplitude zu untersuchen. Als numerisches Verfahren ist die FEM herangezogen. Die Abbildung des Halbraumes erfolgt mit Hilfe infiniter Elemente. Zur Ueberpruefung der Guete der numerischen Ergebnisse sind fuer einfache, genau definierte Faelle Feldmessungen vorgesehen.
Die Beanspruchung leichter schwingungsfaehiger Tragwerke durch vielfaeltige menschliche Bewegungen wird analysiert und numerisch und messtechnisch realisiert.
Das IMK-IFU des KIT bearbeitet die numerische Modellierung der mesoskaligen Wind- und Turbulenzverhältnisse und führt die Windlidar-Messungen durch. Die Modellierung wird mit dem mesoskaligen Modell WRF und dem feiner auflösenden Modell WRF-LES erfolgen. Die beiden Modelle sind im Verbundvorhaben als Teil einer Modellkette vorgesehen, die skalenmäßig bis hinunter zur Rotorblattumströmung reichen soll. Die Windmessung soll kampagnenartig mit drei Windlidaren, die zu einem 'virtuellen Masten' synchronisiert werden, erfolgen. Das IBF des KIT wird im Blick auf die Wechselwirkung von Baugrund und Gründung die beiden FWEA mit einer Instrumentierung versehen, die weiterführende Messungen und detailliertere Modellierungen erlauben. Das GPI des KIT untersucht in einem geophysikalischen Langzeitexperiment (mehrere Jahre) die emittierten Bodenerschütterungen, deren Ausbreitung und ihre Welleneigenschaften um das Testfeld an der FWKA. Es sollen hierfür erstmals drei Sensoren in flachen Bohrungen an einer WEA dauerhaft installiert werden, welche kontinuierlich in den drei Raumrichtungen die Bodenbewegung aufzeichnen.
In dem beantragten Vorhaben sollen die Emissionen von Erschütterungen und Infraschall von Windenergieanlagen modelliert und verstanden werden. Dazu wird ein Mehrkörpersimulationsmodell des Triebstrangs einer Windenergieanlage entwickelt, um den Transfer von Vibrationen zu erkennen. Ein Schwerpunkt liegt in der Entwicklung eines rheologischen Modells der Elastomerlager zur Triebstrangentkopplung. Des Weiteren ist geplant die Emissionen von Windenergieanlagen zu reduzieren. Dazu werden Empfehlungen abgegeben wie der Lastpfad verändert werden kann, um die Vibrationen die für eine Emission von Infraschall und Erschütterungen ursächlich sind gezielt zu dämpfen. Dieses Teilvorhaben bearbeitet insbesondere 4 Teil-Arbeitspakete. Im Teil-AP A2.2 wird die Modellierung der Triebstrangkomponenten der Referenz-Windenergieanlage inklusive elastischer Kopplungselemente vorgenommen. Teil-AP D1.3 widmet sich der Ermittlung des notwendigen und hinreichenden Detaillierungsgrads des MKS-Modells des Triebstrangs. Im Teil-AP D2.2 wird eine Optimierung der Triebstrang-Lagerung erarbeitet. Zudem werden Modellierungs- und Auslegungshinweise hinsichtlich der Triebstrangkomponenten abgegeben (AP D4).
Fachliche und rechtliche Grundlagen erarbeiten, welche dazu dienen, dass der Entwurf zur Verordnung über den Schutz vor Erschütterungen, welcher aus dem Jahre 2008 stammt, aktualisiert werden kann. - Initiieren und finanzieren von F&E-Projekten, welche technische Massnahmen zum Schutz vor Erschütterungen und abgestrahltem Körperschall oder Prognoseverfahren (weiter-)entwickeln. Projektziele: - Reduktion der Anzahl Personen, die von übermässigen Erschütterungen oder abgestrahltem Körperschall belastet sind. - Neue technische Lösungen zur Begrenzung der Erschütterungen entwickeln und zur Marktreife oder Zulassung bringen.
In den letzten Jahren sind aufwendige FEM-Verfahren (Finite Element Method) zur Beschreibung von Erschuetterungsemission und -ausbreitung entwickelt worden. Der gegenwaertige Entwicklungsstand macht es moeglich, ein fuer die Anwendung in der Planungspraxis geeignetes vereinfachtes Prognoseverfahren zu konzipieren. Im Rahmen des F+E-Vorhabens sollen - theoretische (analytische) Ansaetze fuer ein Prognosekonzept gemacht werden, - diese Ansaetze durch numerische Untersuchungen und Messungen ueberprueft werden und - die Grenzen fuer die Anwendbarkeit abgesteckt werden.
1 Problemstellung und Ziel, 1.1 Ingenieurwissenschaftliche Fragestellung und Stand des Wissens: Messergebnisse von sachgemäß und im erforderlichen Umfang durchgeführten Erschütterungsmessungen stellen bei Kenntnis der eingesetzten Technik und Energie der Erschütterungsquellen ähnlich wertvolle Aufschlüsse wie Bohrungen oder Sondierungen für die untersuchten Baugrundbereiche dar. Diese Ergebnisse gilt es für weitere Aufgaben der WSV zu nutzen. Nutzbare Veröffentlichungen darüber sind kaum vorhanden, da diese Kenntnisse einen Teil des 'Know-how' der einschlägigen Institutionen ausmachen. Die BAW verfügt inzwischen über große Datenmengen von Erschütterungsmessungen bei Baumaßnahmen an Wasserstraßen. 1.2 Bedeutung für die WSV: Auf Baustellen der WSV ist die Nutzung erschütterungsintensiver Bauverfahren wie Rammen, Vibrationsrammen, Vibrationsverdichten, Sprengen, Meißeln u. ä. nach wie vor unverzichtbar. Auf Grund der z. T. anzutreffenden Erschütterungsempfindlichkeit moderner Produktionsanlagen und zunehmender Sensibilität von Menschen in Wohngebäuden gegenüber Erschütterungen sind in der Vorbereitung von Baumaßnahmen immer häufiger auch erschütterungsärmere Schwingungsquellen wie z.B. Schiffs-, Baustellen- und Straßenverkehr zu berücksichtigen. Zuverlässige Erschütterungsprognosen können entscheidende Hinweise für die Auswahl zulässiger Bauverfahren, für die Fahrweise (z.B. Drehzahl von Vibrationsrammen) von Baumaschinen sowie für Art und Umfang von Beweissicherungsmaßnahmen bei erschütterungsintensiven Baumaßnahmen liefern. Untersuchungsmethoden: Die gesammelten Erschütterungsmessdaten von Rammungen, Sprengungen, Meißel- und Verdichtungsarbeiten u. a. werden in Abhängigkeit vom Abstand zur Erschütterungsquelle, von der eingesetzten Energie, von Boden- und Bauwerkseigenschaften sowie gegebenenfalls von weiteren Einflussgrößen, wie z. B. Bohlenlänge und Rüttelfrequenz statistisch ausgewertet. Die vorliegenden Messdaten werden zusammen mit den vorhandenen Angaben aller relevanten Parameter elektronisch archiviert, systematisiert und statistisch ausgewertet. Das Problem der Erschütterungsausbreitung wird dabei in drei Teilkomplexen untersucht, der Erschütterungserzeugung (System Baumaschine- Boden), der Erschütterungsausbreitung (System Boden-Boden) und der Erschütterungsübertragung (System Boden-Bauwerk-Bauteil). Dabei sollen sowohl allgemeine Zusammenhänge (z. B. Bauwerkserschütterungen pro eingesetztem Energiebetrag in Abhängigkeit vom Abstand, unabhängig von Bauwerksart und Baugrund) als auch detaillierte Zusammenhänge (z. B. Erschütterung je Energiebetrag in Abhängigkeit vom Abstand für schwere massive Bauwerke in Sandböden) herausgearbeitet werden. Im ersten Fall erhält man über den Mittelwert und die Standardabweichung einen schnellen Überblick über die im Mittel und mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit (z. B. 95 Prozent und 99 Prozent) maximal möglichen Erschütterungen auch ohne Kenntnis des aktuell vorhandenen Baugrundes. usw.
Es wird das Zeitverhalten - harmonisch/stationaer oder impulsartig - sowie der Charakter - determiniert oder stochastisch - von Erschuetterungen hinsichtlich ihrer Einfluesse auf das Abnahmegesetz untersucht. Ein weiterer wichtiger Untersuchungsgegenstand ist die Art der Einleitung von Erschuetterungen in Gebaeude und deren Weiterleitung in Gebaeuden. Im einzelnen wird hierbei untersucht: 1. Einfluss der Fundamentgeometrie und Fundamentlage im Wellenfeld hinsichtlich des Uebertragungsverhaltens zwischen Untergrund und Gebaeude. 2. Dreidimensionales Schwingungsverhalten der Gebaeude (Beruecksichtigung von aussteifenden Effekten durch Stockwerkswaende sowie Plattenwirkung der Decken). 3. Allgemeine Parameter wie: Gebaeudetyp, Gebaeudehoehe, Materialeigenschaften usw.
Ziel des Projekts SEAS II ist, die Wirkungsmechanismen der Ausbreitung über Luft, Wasser und Boden von Schall und Erschütterungen durch Schiffsverkehr an Wasserstraßen zu untersuchen. Bis heute ist nicht hinreichend geklärt, welcher Ausbreitungsweg unter welchen Randbedingungen maßgebend ist. Für den ersten möglichen Übertragungsweg des Schalls vom Schiff über das Wasser und die Luft direkt zum Immissionsort, also z.B. zu ufernahen Gebäuden, wurde in der ersten Projektphase ein iteratives Lösungsverfahren implementiert, das in der zweiten Projektphase weiterentwickelt und verifiziert werden soll. Dieses Modell soll mit dem vom Kooperationspartner an der TU Berlin entwickelten Modell zur Erschütterungsausbreitung im Boden iterativ gekoppelt werden und die zwei- bzw. dreidimensionalen Formulierungen in eine - Rechenzeit sparende - 2,5D-Formulierung übertragen werden. Ziel des Gesamtprojektes ist es, ein realitätsnahes Rechenmodell für die Übertragungswege Luft/Wasser und Boden zu entwickeln, das es erlaubt, die Erschütterungs- und Schallausbreitung über den relevanten Weg zum Immissionsort zu berechnen und den maßgeblichen Ausbreitungsweg zu identifizieren.
Bei Gründungsarbeiten von Offshore-WEA werden häufig hydraulische Schlagrammen eingesetzt, die zu einem starken Schalleintrag in das umgebende Wasser führen und Schweinswale und andere marine Säuger gefährden. Die von den Schlagrammen in den Pfahl eingebrachte Energie wird dabei zum Teil direkt in das umgebende Wasser emittiert und zum Teil in den Boden eingeleitet. Über Erschütterungen im Boden wiederum wird auch in einiger Entfernung zum Pfahl Schall ins Wasser eingeleitet. Zur Verminderung des Rammschalls werden verschiedene Schallschutzsysteme entwickelt und eingesetzt, die über verschiedene Mechanismen und an verschiedenen Stellen die Schallausbreitung im Wasser abmindern. Die genauen Mechanismen der Schallübertragung zwischen Pfahl und Wasser, Pfahl und Boden sowie Boden und Wasser sind noch nicht genau bekannt. Für die Auswahl und Weiterentwicklung geeigneter Schallminderungssysteme sind jedoch genauere Kenntnisse der Wellenausbreitung und der Interaktionen in diesem komplexen System notwendig. Ziel des Vorhabens ist es, neue Erkenntnisse über die Schallübertragung und -ausbreitung im Umfeld von Offshore-Rammungen zu gewinnen. Dazu sollen bei drei Pfahlrammungen offshore umfangreiche Messkampagnen zur Untersuchung der Wellenausbreitung im Pfahl, im Boden sowie im Wasser durchgeführt werden. Anschließend erfolgt eine detaillierte Auswertung unter Berücksichtigung der Baugrundverhältnisse, der Pfahlgeometrie und der verwendeten Schallminderungssysteme.
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