D9 Überwachung und Instrumentierung von Bauwerken

Thema

Die Strukturüberwachung nutzt Sensoren, die in einem Gebäude, einer Brücke oder einem anderen Bauwerk verteilt sind, um dessen Zustand in Echtzeit zu ermitteln. Anstatt sich ausschließlich auf periodische Sichtprüfungen zu verlassen, die Vorgänge im Inneren des Materials nicht erfassen, werden hier keine Daten bereitgestellt.

Die gebräuchlichsten Dehnungsmessstreifen sind kleine Dehnungsmessstreifen, die auf der Materialoberfläche angebracht werden. Ihr elektrischer Widerstand ändert sich proportional zur Verformung dieser Oberfläche. Aus dieser gemessenen Verformung und der im ersten Modul dieses Katalogs ermittelten Materialsteifigkeit lässt sich die tatsächliche Spannung, die ein bestimmter Punkt der Struktur zu einem bestimmten Zeitpunkt erfährt, mit hoher Genauigkeit berechnen. Beschleunigungsmesser hingegen erfassen die Schwingungen der Struktur und ermöglichen die Bestimmung ihrer Eigenfrequenzen – dieselben Frequenzen, die im Modul zur seismischen Physik beschrieben werden. Eine signifikante Veränderung dieser Frequenzen im Laufe der Zeit ist ein indirektes Anzeichen für innere Schäden an der Struktur, noch bevor diese von außen sichtbar sind.

Für metallische Bauteile, die wiederholten Belastungen ausgesetzt sind – wie beispielsweise dem Verkehr auf einer Brücke – existiert ein Modell, das beschreibt, wie ein bereits entstandener Ermüdungsriss zyklisch wächst. Grundlage hierfür sind die Amplitude der wiederholten Spannung und die Größe des vorhandenen Risses. Mithilfe dieses Modells lässt sich abschätzen, wie viele Lastzyklen ein Bauteil noch aushalten kann, bevor der Riss eine kritische Größe erreicht. Dies ist vergleichbar mit der Abschätzung der Lebensdauer von Beton durch das Modul zur Strukturpathologie, das die Eindringrate aggressiver Substanzen berücksichtigt.

Dieses Modul, das zunächst die Sichtprüfung durch verteilte Sensoren ersetzt, zeigt abschließend, dass die Überwachung einer Struktur nicht nur die Erkennung bereits entstandener Schäden umfasst, sondern auch die zeitliche Verfolgung von Signalen – Spannungen, Frequenzen, wachsende Risse –, die auf Schäden hinweisen, bevor diese sichtbar werden.

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