Bridge Monitoring & Structural Health Monitoring · Bridge Monitoring & Structural Health...

Bridge Monitoring &

Structural Health Monitoring

Forschung am Institut für Massivbau

Anschrift Institut

Institut für Massivbau

Appelstraße 9A

30167 Hannover

Version 17.02

Bildernachweis

Titelbild:

Hydraulischer Schwingungserreger bei Systemidentifikation, Institutseigenes Bild

Abbildung 1 bis 6:

Institutseigene Bilder

Kontaktdaten

Univ. Prof. Dr.-Ing. Steffen Marx

Tel.: +49 (0) 511. 7 62 - 33 52

Email: [email protected]

Internet: www.massivbau.uni-hannover.de

Referenzprojekte

Gigawind life — Lebensdauer-Forschung an den OWEA-Tragstrukturen im Offshore-

Testfeld alpha ventus (Bundesministerium für Wirtschaft und Energie)

Entwicklung der Ultraschalllaufzeitmessung für ein langzeitstabiles Monitoring zur

Lebensdauerbeurteilung (DBV Deutscher Beton- und Bautechnik-Verein e. V.)

DynAFrame — Dynamische Auslegung von Verbundbrücken mit integralen Widerla-

gern (AiF Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen e.V.)

Untersuchung zum Lagereinsenkungsverhalten der Saale-Elster-Talbrücke

(Auftragsforschung)

Forschungsschwerpunkt:

Bridge Monitoring & Structural Health Monitoring

Motivation

Informationen und Messdaten spielen eine im-

mer größere Rolle, um Entscheidungen in der

Planung, dem Entwurf, der Bauausführung sowie

im Wartungs– und Instandhaltungsprozess zu

treffen. Steigenden Beanspruchungen hinsicht-

lich Verkehrslasten und Verkehrsdichten stehen

der Forderung nach höchstmöglicher Verfügbar-

keit und kürzesten Wartungszeiten gegenüber.

Nur durch ein konsequentes Monitoring kann ein

permanenter Überblick über die Restnutzungs-

dauern von großen Bauwerksbeständen

(Brücken, Windenergieanlagen) gegeben werden.

Diese interdisziplinäre Aufgabe erfordert die

Zusammenarbeit von Bauingenieuren zur Identi-

fikation der relevanten Kenngrößen, Messingeni-

euren zur Entwicklung höchstpräziser und lang-

zeitlich zuverlässiger Messsysteme, Informati-

onstechnikern zur Verarbeitung der Daten und

Wirtschaftsfachleuten.

Zielstellungen

Der Einsatz gezielter messtechnischer Untersu-

chungen stellt einen vergleichsweise neuartigen

Ansatz zur Beschreibung des realen Tragverhal-

tens komplexer Strukturen dar und kommt ins-

besondere dann zum Einsatz, wenn die spezifi-

schen Fragestellungen durch moderne Simulati-

onen (Modelle) nicht mit ausreichender Genau-

igkeit oder Sicherheit beantwortet werden kön-

nen. Durch die Bestrebungen am Institut für

Massivbau soll der Einsatz und das Vorgehen der

messtechnikgestützten Bewertung weiter er-

forscht und etabliert werden, so dass es als aner-

kanntes Verfahren genutzt wird. Um dieses Ziel

zu erreichen entwickelt das Institut für Massiv-

bau in interdisziplinären Forschungsprojekten

neuartige Konzepte, Systeme und Algorithmen.

Es werden bestehende Systeme evaluiert und

weiterentwickelt. Durch den engen Austausch

zwischen Gutachtergremien und Anwendern

können aktuelle Themen und Forschungstrends

bearbeitet werden.

Bauwerksdiagnose

Die stetige Entwicklung der Anforderungen an

unsere Bauwerke stellt die Ingenieure immer

wieder vor neue Fragestellungen, die auf Grund-

lage geringer Erfahrungswerte beantwortet wer-

den müssen. Im Bereich des Hochgeschwindig-

keitseisenbahnverkehrs stellen beispielsweise die

Anwendung der semi-integralen Bauweise und

das System Feste Fahrbahn solche Entwicklungs-

schritte dar. Durch die Konzeption und Durch-

führung umfangreicher Messungen im Langzeit-

monitoring werden die Einwirkungen und Trag-

werksreaktionen erfasst, auf Grundlage der

Messdaten die Rechenannahmen überprüft, so-

wie die Rechenmodelle und –verfahren kalibriert.

Die umfassenden Messungen tragen einen we-

sentlichen Beitrag zum besseren Verständnis des

Tragverhaltens bei und bilden die Grundlage für

die Optimierung und Entwicklung heutiger Nach-

weiskonzepte.

Einen weiteren Schwerpunkt stellt die Untersu-

chung des Schwingungsverhaltens moderner

Bauwerksstrukturen dar, damit Betriebslasten

und Windanregungen nicht über lange Zeit zu Abbildung 1:

Grubentalbrücke mit Langzeitmoni-

toring an Schiene und Bauwerk

einer kritischen Schädigung führen. Dazu führt

das Institut für Massivbau dynamische Systemi-

dentifikation an Brücken durch. Die messtechni-

sche Bestimmung der Eigenfrequenzen, -formen

und Dämpfungen erfolgt mit hochempfindlichen

Beschleunigungssensoren. Durch eine optimierte

Auswahl der Messpositionen können diese Bau-

werkskenngrößen über deterministische und

stochastische Systemidentifikationsmethoden

effektiv und effizient bestimmt werden. Die Er-

gebnisse ermöglichen es FE-Modelle zu kalibrie-

ren oder zu validieren. Damit können rechneri-

sche Nachweise mit Hilfe der Messung im Einzel-

fall meist erfüllt und ein sicherer Betrieb des

Bauwerks gewährleistet werden, da das globale

Schwingungsverhalten von einer Vielzahl von

lokalen Faktoren, wie Steifigkeitsverläufe, Bau-

grundsteifigkeiten, Masselasten etc. abhängig ist.

Durch Betriebsschwingungsanalysen kann bei-

spielsweise bei Eisenbahnbrücken, der Einfluss

der Fahrzeugmasse mit erfasst werden, da diese

bei Überfahrt zu einer Verringerung der Eigenfre-

quenz führt.

Bauwerksüberwachung

Für die Bewertung des Bauwerkszustandes spie-

len nach derzeitigem Stand der Technik visuelle

Prüfungen in regelmäßigen zeitlichen Intervallen

eine maßgebende Rolle und dienen oftmals als

alleinige Grundlage für die Bewertung eines

Bauwerkes. Diese i. d. R. oberflächliche und zeit-

lich punktuelle Zustandsbewertung bieten jedoch

nur einen beschränkten Einblick in die tatsächli-

chen Ermüdungs– bzw. Schädigungsprozesse

und kann diese zum Teil sogar gar nicht erfassen.

Durch die gezielte Anwendung moderner Mess-

prinzipien lassen sich hingegen strukturelle Zu-

standsänderungen schon frühzeitig erkennen

und die Intensität der Degradationsprozesse

durch kontinuierliche Überwachung der Einwir-

kungen und Beanspruchungen präzise voraussa-

gen. Diese Datengrundlage stellt eine zuverlässi-

ge Basis für die Baulastträger dar, um mit Ihren

Objekten eine wirtschaftliche und effiziente War-

tungs– und Verfügbarkeitsplanung vornehmen

zu können.

Innovatives Monitoring

Neue technologische Entwicklungen werden von

uns kontinuierlich evaluiert und finden Eingang

in die Erforschung und Entwicklung von Monito-

ringkonzepten und Monitoringtechnologien wie

beispielsweise das Internet of Things (IoT) und

unbemannte Luftfahrtzeuge (UAVs). Photogram-

mietriesysteme zur Festpunktüberwachung von

Brückenwiderlagern und Rissdetektion, die

„Baseline“ Messbasis zur Verschiebungsmessung

in Hohlkastenbrücken und Bridge-Weigh-In-

Motion-Systeme (B-WIM) wurden erfolgreich

entwickelt und unter Anwendungsbedingungen

erprobt.

Datenmanagement

Die am Institut für Massivbau in Entwicklung

befindliche Software zur kontinuierlichen Aus-

wertung von großen Datenbeständen aus Lang-

zeitmonitorings ermöglicht durch integrierte

Algorithmen für bauingenieurspezifische Frage-

stellungen eine einfache Projektbearbeitung mit

geringen Fehlerwahrscheinlichkeiten.

Die Ausstattung am Institut

Am Institut für Massivbau verfügen wir über:

Ultraschallmesssysteme

Modalanalysemesssysteme

Schallemissionsmesssysteme

Diverse Weg-, Kraft-, Druck und Dehnungs-

sensoren

Kalibriersysteme für Sensoren

Software für Datenanalyse und Datenma-

nagement

Abbildung 2:

Schwingungsformen einer dynamisch angeregten Brücke

(überhöht)

Abbildung 3:

Verschiedene Aufnehmertypen

im Schallemissionsmonitoring

Abbildung 6:

Probebelastung mit Messung der

Lagereinsenkung an der Saale-Elster-

Talbrücke

Abbildung 4:

Unbemanntes Luftfahrzeug als

Monitoringwerkzeug

Abbildung 5:

Photogrammetrische Rissdetektion

an der Stirnwand einer Bogenbrücke