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Buch (Monographie) zugänglich unter
URL: http://bast.opus.hbz-nrw.de/volltexte/2015/831/


Einsatz von Monitoringsystemen zur Bewertung des Schädigungszustandes von Brückenbauwerken

Use of monitoring systems for the assessment of the condition of bridges

Freundt, Ursula ; Vogt, Ralf ; Böning, Sebastian ; Michael, Dirk ; Könke, Carsten ; Beinersdorf, Heiko

pdf-Format:
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Freie Schlagwörter (Deutsch): Berechnung , Bruch (mech) , Brücke , Deutschland , Ermüdung (mater) , Festigkeit , Forschungsbericht , Kontinuierlich , Kontrolle , Lebenszyklus , Prognose , Rest , Sachschaden , Tragfähigkeit , Wahrscheinlichkeit
Freie Schlagwörter (Englisch): Bearing capacity , Bridge , Calculation , Continuous , Control , Damage , Failure , Fatigue (mater) , Forecast , Germany , Life-cycle , Probability , Research report , Residual , Strength (mater)
Collection 1: BASt-Beiträge / ITRD Sachgebiete / 60 Unterhaltung
Collection 2: BASt-Beiträge / ITRD Sachgebiete / 53 Brückenbau
Institut: Sonstige
DDC-Sachgruppe: Ingenieurwissenschaften
Sonstige beteiligte Institution: Ingenieurbüro Prof. Dr. U. Freundt
Dokumentart: Buch (Monographie)
Schriftenreihe: Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen, Reihe B: Brücken- und Ingenieurbau
Bandnummer: 106
ISBN: 978-3-95606--101-1
Sprache: Deutsch
Erstellungsjahr: 2014
Publikationsdatum: 27.01.2015
Bemerkung: außerdem beteilgt: Materialforschungs- und -prüfanstalt (Weimar)
Kurzfassung auf Deutsch: Der Brückenbau in Deutschland kann auf eine lange Tradition in der Überwachung der Bauwerke verweisen und die Entwicklung der Rechentechnik gestattet in immer komplexeren Strukturen die Verwaltung der Bauwerksdaten in Datenbanken. Verfügbare Programmsysteme wie zum Beispiel das Bauwerks Management System erlauben die Erfassung, Verwaltung und Auswertung der Bauwerksdaten. Die Entwicklung der Rechentechnik wird auch durch die Entwicklung der Messtechnik begleitet, so dass zunehmend intelligente Sensorik den Alltag begleitet. Eine automatisierte Messwerterfassung an Bauwerken und deren Auswertung wird Monitoring genannt. Heute existieren sowohl Monitoringsysteme, die sich durch die technische Ausstattung und entsprechende Auswerteverfahren auszeichnen, als auch jeweils getrennte Komponenten. Da schließt das Projektziel an, welches die Analyse der Möglichkeiten des Einsatzes von Monitoringsystemen zur Bewertung des Schädigungszustandes von Brücken für die Tragfähigkeit und die Restnutzungsdauer beinhaltet. Es wird eine Literaturanalyse hinsichtlich existierender Monitoringsysteme mit genannter Zielstellung angefertigt. Im Ergebnis wird festgestellt, dass es gegenwärtig keine Monitoringsysteme gibt, die explizite Aussagen zur Tragfähigkeit erlauben. Die gegenwärtigen Systeme zeigen globale Schädigungen auf und bewerten dann auf der Basis notenähnlicher Strukturen. Im Rahmen des Projektes wird eine Konzept für ein Monitoringsystem entwickelt, welches für konkrete Versagensszenarien - dem Festigkeitsversagen und der Ermüdung - quantifizierte aber unscharfe Aussagen zur Tragfähigkeit und Restnutzungsdauer für die untersuchte Brücke erlaubt. Der Abstand zum Versagen durch Übergang des Tragwerks in einen Bruchzustand (Tragfähigkeit) wird im konzipierten Monitoringsystem durch den Zuverlässigkeitsindex Beta und die Versagenswahrscheinlichkeit Pf beschrieben. Die Restnutzungsdauer bei Tragfähigkeitsminderungen ist implizit bei den veränderlichen Basisvariablen und den Schädigungsverläufen abgebildet. Als Maß für Aussagen zur expliziten Restnutzungsdauer infolge Materialermüdung dienen die Schädigungssumme D und die zugehörige Nutzungsdauer tzD. Zur Abgrenzung sicherer und unsicherer Bereiche werden diese Daten für verschiedene Zeitpunkte im Lebenszyklus des Bauwerkes ermittelt und in Relation betrachtet. Monitoringbasiert werden hierfür Kenndaten des Tragsystems ermittelt und Beanspruchungen durch ergänzende Simulationen des aktuellen Verkehrs abgeleitet. Das Monitoringkonzept sieht den Erkenntnissen der Literaturanalyse folgend dieses Vorgehen als Interaktion von Rechnung, Messung und Auswertung vor. Die Untersuchungen werden in diesem Projekt theoretisch geführt, die empfohlenen Auswertealgorithmen zur monitoringbasierten Bewertung von Tragfähigkeit und Restnutzungsdauer für balkenartige Spannbetontragwerke auf Basis von Beispielen anderer Projekte rechnerisch erprobt.
Kurzfassung auf Englisch: Development and application of methods to assess the structural safety of bridge structures has a long history in Germany. Recent improvements in computer hard- and software enable bridge engineers to maintain more and more complex structural data in data bases. Current programs systems such as the Bauwerks Management System (BMS) offer the possibility of data acquisition, management and assessment of structural status data. Corresponding to the improvement in computer hard- and software also sensor techniques have been improving recently, by miniaturization and self-sustaining systems. Automated data acquisition and data processing of structural status data is referred to as monitoring system. Today monitoring systems exist which offer combined sensor equipment and automated data processing algorithms as well as separated components. The project goal has been to investigate and asses the opportunities of monitoring systems in order to evaluate the structural safety status of bridge structures. Based on the information about current structural safety with respect to ultimate limit states, a prediction about life span and expected service life can be given. A comprehensive literature review about up-to-date monitoring systems with respect to the project goal has been performed. As a result it can be shown that there are presently no monitoring systems available, which allow precise and robust conclusions about the load bearing capacity of real scale bridge structures. Current systems can detect global structural damage but in general do not localize it and therefore only allow a load bearing capacity assessment via grading systems. Within the frame of the research project a methodology for a monitoring system is developed which allows the prediction of quantitative but uncertain statements about load bearing capacity and residual service life, based on specific failure scenarios for ultimate limit load and fatigue load. The distance to limit load conditions and therewith the structural safety of a bridge structures can be described by the reliability index Beta and the probability of failure Pf. Structural deterioration and damage are implicitly considered in time dependent basis variables and damage evolution laws. Residual service life can be explicitly assessed via damage indicator D and corresponding residual service life tzD. In order to judge on safe and insecure structural situations these measure are evaluated for different instants of time in the structural life time. Based on monitoring data and applying system identification methods the current structural status is assessed and up-to-date data about traffic load conditions is collected. Time variant resistance and demand are then extrapolated by numerical simulations into the future. The proposed monitoring concept is therefore an interaction between numerical simulation, monitoring data acquisition and calibration of both model data. All investigations within the project are based on artificial data, the developed algorithms have been validated on data of beam-type prestressed concrete structures from different projects.