JAHRESBERICHT - Institut für Baustatik und Konstruktion - ETH Zürich

FORSCHUNG
Bemessung und Überwachung adaptiver
Strukturen mittels faseroptischer Sensoren
und aktiver Kontrolle
Projektleitung: Prof. Dr. E.N. Chatzi,
Prof. Dr. J. Schwartz
Mitarbeiterin: J. Felkner
Projektpartner: Albert Lück-Stiftung, Zürich
Heutzutage ist es dank Faserverbundwerkstoffen
mög lich, widerstandsfähigere und leichtere Bau -
wer ke zu bauen als jemals zuvor. Zu den An wen -
dungs bereichen gehören der Austausch korrodierter
Bewehrung in Stahlbeton, hybride Strukturen in
Kombination mit traditionellen Materialien sowie
einige Pilotprojekte, welche ausschliesslich aus
Ver bundwerkstoffen bestehen. Faser verbund werk -
stof fe und in die Struktur integrierte Sensoren werden
nun kombiniert, um intelligente Bauteile zu er -
stel len. Diese werden bereits in der Seefahrt-, Au to -
mo bil- und in der Luft- und Raum fahrt in du strie
ver wendet, kommen nun aber auch zunehmend in
Bauwerken zum Einsatz. Faseroptische Sen soren,
die in Materialien und Bauteile eingebettet sind,
können nicht-invasiv eine Reihe von Pa ra me tern
messen, wie z.B. Schwingungen, Deh nun gen und
Ver formungen.
In diesem Projekt wird der Schwerpunkt darauf
liegen, neue, funktionale Materialien in experimentelle
Leichtbau-Verbundwerkstoffe zu integrieren,
um deren Verhalten zu überwachen und um
Schwing ungen aktiv zu kontrollieren. Durch die
Verwendung faseroptischer Sensoren für die Überwachung
der Lasten in Brückenbauwerken kann
das Langzeitverhalten eines neuen Materials beurteilt
werden. Mittels Modalanalyse der gemessenen
Schwingungen kann das Verhalten des Bauwerks
identifiziert werden, um zu beurteilen, ob eine Er -
tüch tigung erforderlich ist.
Structural Design and Monitoring of
Adaptive Structures using Fiber-Optic
Sensors and Active Control
Today, new materials such as fiber-reinforced polymers
are making it possible to build stronger and
lighter structures than ever before. Applications
include replacing corroded steel for concrete reinforcement,
combined hybrid structures with traditional
materials, and a few pilot projects for exclusively all
composite materials. Fiber-reinforced materials and
structurally integrated sensors are now being combined
to form smart structural components. These are
being used in the marine, automotive and aerospace
industries, and increasingly in civil engineering.
Fiber-optic sensors embedded within materials and
structural systems can noninvasively measure a
variety of parameters such as vibration, strain, and
deformation.
In this project, focus will be on integrating new,
functional materials into experimental, lightweight
composite structures for the purpose of monitoring
performance and actively controlling vibrations.
Using fiber optic sensors for monitoring the structural
loads in bridge structures, the long-term performance
of a new material can be assessed. Ope ra tio nal modal
analysis can identify the response of a struc ture in
order to decide if remedial action is required.
Faseroptische Sensoren (Abbildung aus www.automationdirect.com).
Fiber Optic Sensors (image taken from www.automationdirect.com).
31