Evaluation of the seismic responses of a long-span cable-stayed bridge located in complex terrain based on an SHM-oriented model

Beurteilung der Erdbebenreaktionen einer Schrägseilbrücke mit großer Spannweite bei uneinheitlichen Bodenbeschaffenheiten auf Basis eines SHM-orientierten Modells.

Schrägseilbrücken mit großer Spannweite besitzen oft mehrere Pfeiler in bestimmten Abständen. Bei Schrägseilbrücken mit großer Spannweite können unterschiedlich schwierige Bodenbeschaffenheiten zu qualitativen und quantitativen Unterschieden der Erdbebenreaktionen im Vergleich zu einem an allen Pfeilern einheitlichen Untergrund führen. Zur Durchführung einer Erdbebenbemessung für eine Brücke mit großer Spannweite und mehreren Pfeilern werden die Schwingungsanregungen durch die Bodenbewegung unter den Pfeilern bisher mit einer Simulation erzeugt. Diese Methode kann jedoch die Ausbreitung der Bodenbewegungen am realen Standort der Brücke nicht wirklich abbilden. Darüber hinaus kann das Finite-Elemente-Modell einer Schrägseilbrücke nicht vor der Durchführung der seismischen Analyse kalibriert werden. Weiterhin wurden die Unterschiede der Erdbebenreaktionen zwischen der FE-Modellierung und einem alternativen Modell bisher noch nicht systematisch untersucht. Zudem erfolgte die Erdbebenbemessung von Brücken mit großer Spannweite nur selten unter Berücksichtigung der je Pfeiler am Standort real unterschiedlichen Bodenbewegungen.

Daher wird in diesem Beitrag ein analytischer Ansatz für Erdbebenreaktionen von Schrägseilbrücken mit großer Spannweite vorgeschlagen, die uneinheitlichen Bodenbewegungen ausgesetzt sind. Dieser Ansatz basiert auf einem aktualisierten FE-Modell in Verbindung mit einem structural health monitoring (SHM)-System (System zur Strukturüberwachung der Brücke). Der Ansatz des aktualisierten Modells wurde auf der Basis der statischen und dynamischen Empfindlichkeitsanalysen entwickelt, um ein SHM-orientiertes Modell zu erstellen. Die Anregungen an den Brückenpfeilern sind auf Basis von an einer begrenzten Anzahl von Punkten gemessenen Bodenbewegungen simuliert worden.

Die Untersuchung der Durchführbarkeit und der Gültigkeit des vorgeschlagenen Ansatzes erfolgte an einer realen Schrägseilbrücke mit großer Spannweite. Die Ergebnisse zeigen Unterschiede zwischen dem SHM-orientierten Modell und dem ursprünglichen FE-Modell. Die Erdbebenreaktionen unterscheiden sich grundlegend.