Die englischsprachige Dissertation „Validated numerical simulation of fluid-structure interactions of bridge girders in turbulent wind fields“ von Dr.-Ing. Anina Sarkic, Belgrad/Serbien, bewegt sich in dem wissenschaftlich und technisch äußerst anspruchsvollen und komplexen Themenbereich der Fluid-Struktur-Interaktionen. Sie untersucht in ihrer Arbeit das sehr komplexe aeroelastische Verhalten von schwingenden Brückenüberbauten und identifiziert kritische Instabilitätspunkte. Die Forschung ist nicht zuletzt motiviert durch die große Aufgabe, die sich für die öffentliche Hand und die Bauwirtschaft angesichts der anstehenden Erneuerung zahlreicher Autobahnbrücken in Deutschland im Zuge des Ersatzes deteriorierte Spannbetonkonstruktionen aus den 1960er und 1970er Jahren und der Ertüchtigung von Verkehrswegen aufgrund der Zunahme des straßengebundenen Güterverkehrs stellt. Im Rahmen der Genehmigungsplanung für Brückenbauwerke ist stets die aeroelastische Stabilität eines Brückenbauwerks nachzuweisen. Infolge des anhaltenden Trends zur Entwicklung sehr wirtschaftlicher Bauverfahren kommt es jedoch in jüngerer Zeit häufig zu Nachweisproblematiken für den Bauzustand. Es ist nicht überraschend, dass davon insbesondere Brückenträger im Vorschubzustand angesichts von Vorschubweiten von oft 100 m und teilweise erheblich mehr betroffen sind. Frau Dr.-Ing. Sarkic entwickelt mit ausgesuchten Methoden der numerischen Strömungsmechanik ein Simulationsverfahren, welches neben den mittleren und turbulenten Strömungseffekten insbesondere die lokalen bewegungsinduzierten Wechselwirkungen an im Wind schwingenden Brückentragwerken wiedergibt. Erste Simulationen turbulenter Strömungen werden auf der Basis von RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes)- und URANS (Unsteady RANS)-Verfahren gelöst. Für gebäudeaerodynamische Probleme kommen sogenannte High-Re (Hohe Reynoldszahl)-Formulierungen und Turbulenzmodelle zum Einsatz, z.B. das LLR-k-ω Modell. Der entscheidende Durchbruch gelingt der Doktorandin durch die genaue Ergebnisanalyse mehrerer ausgedehnter Messserien (Bild 1) im Bochumer Grenzschichtwindkanal. Bei der Validierung der Simulationsergebnisse anhand der experimentell gefundenen Referenzdaten zeigt sich der wichtige Einfluss von stark instationären Strömungsablösungen vom schwingenden Brückenquerschnitt. Hierdurch motiviert wird das Rechenverfahren um hochauflösende Simulationen mittels der Large-Eddy-Simulation (LES) erweitert, allerdings ist damit ein hoher Rechenaufwand verbunden (Bild 2). Diesen durch lokale Adaption der Rechengitter und der Strömungslöser reduzieren zu können, ist ein weiteres, entscheidendes Forschungsergebnis der Arbeit.

Dieser Text ist erschienen im Newsletter 2014-2. Der gesamte Newsletter kann auf der Homepage der Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften heruntergeladen werden. Zur Homepage der Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften