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S. Schrefl:
"Optimale Parameter von passiven Schwingungsdämpfern und Basisisolierung für Baukonstruktionen in Abhängigkeit der Anregungscharakteristik";
Betreuer/in(nen): R. Heuer; Hochbau und Technologie, 2018; Abschlussprüfung: 27.04.2018.

Ziel dieser Untersuchung ist es, die Auswirkungen von kurzzeitigen Anregungen auf Baukonstruktionen,
die mit passiven Schwingungsdämpfern bzw. Basisisolierungen ausgestattet sind, zu
erfassen. Dabei werden die Schwingungsdämpfer mit optimalen Parametern in Abhängigkeit der
Anregungsart ausgelegt. Ebenfalls wird der Effekt der Abweichung von den optimalen Parametern
analysiert.
Das erste Kapitel beschäftigt sich mit der Theorie und den Grundlagen der passiven Schwingungsdämpfer
sowie der Basisisolierung. Dabei wird auf die Eigenschaften der Systeme sowie
auf die Abstimmung der Parameter eingegangen. Ergänzend werden verschiedene Varianten von
Schwingungsdämpfern und Basisisolierungen dargestellt.
Im Kapitel 2 wird auf die Anregungscharakteristik eingegangen. Als kurzzeitige Einwirkung
wird eine zeitlich harmonische Anregung definiert, welche nach einer bestimmten Belastungsdauer
wieder endet. Aufgrund der speziellen Anregung werden numerische Integrationsverfahren zur
Lösung der Schwingungsgleichungen herangezogen. Zudem wird für die gewählte Anregung die
Fourier-Transformation durchgeführt, um diese mit anderen Belastungen im Frequenzbereich
vergleichen zu können.
Im dritten und vierten Kapitel werden die Auswirkungen von kurzzeitigen Kraft- und Weganregungen
auf den Schwingungsdämpfer untersucht und die Ergebnisse für bestimmte Belastungsdauern
aufgelistet. Bei sehr kurz einwirkenden Kraftanregungen kommt es zwar zu keiner großen
Reduktion der Schwingungsamplitude, jedoch weist das System mit Dämpfer ein sehr gutes
Nachschwingverhalten auf. Dadurch steigt die Behaglichkeit und Langlebigkeit des Tragwerkes,
wodurch die Effektivität des Dämpfers bestätigt wird.
Hingegen ergeben sich bei sehr kurzen Weganregungen beim Tragwerk mit Dämpfer etwas
größere Schwingungsamplituden als beim System ohne Dämpfer. Grund dafür ist die zusätzliche
Trägheit der Masse des Dämpfers. Die Wirksamkeit des Schwingungsdämpfers ergibt sich jedoch
wieder, aus der guten Reduktion der Nachschwingungen.
Im Kapitel 5 werden die Auswirkungen von kurzzeitigen Weganregungen untersucht, aber dieses
Mal für das Tragwerk mit einer Basisisolierung, wodurch die Kräfte innerhalb des Tragwerkes
effektiv reduziert werden. Auch das Nachschwingverhalten wird positiv beeinflusst. Nachteilig
sind die großen Gesamtverformungen des Tragwerkes zu erwähnen, welche hauptsächlich von der
Basisisolierung aufgenommen werden müssen.
Abschließend werden die Effekte des Schwingungsdämpfers mit denen der Basisisolierung
verglichen. Die Differenzverschiebungen innerhalb des Tragwerkes werden durch die Basisisolierung
stärker reduziert. Jedoch treten bei der Basisisolierung auch bei kurzzeitigen Einwirkungen
große Gesamtverformungen auf. Die Wirksamkeit des Schwingungsdämpfers besteht nicht nur
in der Reduzierung der Gesamtverformung, sondern auch in der positiven Beeinflussung des
Nachschwingverhaltens.

The aim of this study is to capture the effect of brief excitations on the passive vibration dampers
and respectively on the base isolation for building structures. Hereby the passive vibration
dampers are designed using the optimal parameter as a function of the type of excitation.
Additionally, the effect the deviation from the optimal parameter is analyzed.
The first chapter is concerned with the theory and the basics of passive vibration dampers as
well as base isolation. Herewith the characteristics of the systems as well as the tuned parameters
are outlined. In addition, various types of vibration dampers and base isolations are briefly
illustrated.
In chapter two, the excitation characteristics are introduced in detail. As a short time exposure,
a temporal harmonic excitation is defined, which ends after a specific loading duration. Due to
the specific excitation, numerical integration methods are used to calculate the solution to the
equations of motion. Further, a Fourier transformation is performed for the selected excitation
in order to enable a comparison with other loads in frequency domain.
In the third and fourth chapter, the effects of short-term force excitation and ground motion
on the vibration dampers are investigated, where the results for specific loading durations are
listed. Very brief force excitations do not result in a remarkable reduction of the oscillation
amplitude, however, the system using dampers shows a very good performance in the decaying
behavior. Thereby the comfort for the people and the durability of the structure is increased
which confirms the effectiveness of the damper.
Very brief ground motions yield slightly higher oscillation amplitudes of the structure using
dampers than systems without dampers. The reason for this is the additional inertial force
resulting from the mass of the damper. The effectiveness of the vibration damper is shown again
in the reduction of the decaying behavior.
The effects of short-term support excitations are investigated in chapter 5, but this time for a
structure with base isolation, whereby the dynamic loads of the structure are effectively reduced.
Also the decaying behavior is positively affected. Adverse are the major total deformations of
the structure, which have to be absorbed primarily by the base isolation.
Finally, the effects of the vibration dampers are compared to those of the base isolation. The
relative displacement of the structure is increasingly reduced by means of the base isolation.
However, large total deformations can occur even due to short-term impacts. The effectiveness
of the vibration damper does not only arise from the reduction in the total deformation but also
from the positive influence on the decaying behavior.

passive vibration dampers, base isolation, structural dynamics