D-A-CH TAGUNG 2011 - SGEB

1 EINLEITUNGIm Gegensatz zu bisher praktizierten aufwendigen visuellen Inspektionen bei Anlage undBauwerken, gilt eine automatisierte Überwachung im Kontext von „Structural HealthMonitoring“, z.B. auf der Basis experimenteller Schwingungsanalysen, als eine effizientemögliche Inspektions-Methodik, die von einer rechnergestützten Messtechnik automatischdurchgeführt wird. Die Eigenschaften der untersuchten Struktur werden auf einemÜberwachungssystem anhand von Modellen abgebildet, die auf Grund vonKonstruktionsunterlagen auf theoretischer Basis erfolgen, z.B. mit Finiten Elementen, oderalternativ als systemtheoretische Black-Box-Modelle aus Messwerten mit der Methodik derSystemidentifikation. Neue Entwicklungen der Numerik, der Rechentechnik und derMesstechnik haben die Möglichkeiten der Systemidentifikation in den letzten Jahren erheblicherweitert, so dass heute auch große Strukturen einer experimentellen Analyse zugänglich sind.Stand der praktischen Anwendung ist die so genannte experimentelle Modalanalyse. Dabeihandelt es sich um eine kombinierte Mess- und Rechentechnik, mit der die Antwort einesTragwerks auf eine geeignete Erregung gemessen und analysiert wird. Die nächsteEntwicklungsstufe ist die so genannte modellgestützte Schädigungsanalyse, die heuteGegenstand aktueller Forschung ist. Hier ist es erforderlich, ein mathematisches Modell desTragwerks zu erstellen und dieses am realen Tragwerk zu validieren. Die mathematischeModellierung erfolgt im Allgemeinen auf Grundlage mechanischer Prinzipe [10-13].Gleichwertig werden in neuartigen Verfahren, die so genannten Black-Box-Modelleverwendet, bei denen man ohne physikalische Vorkenntnisse nach dem Prinzip Ursache-Wirkung nur durch Messungen ein numerisches Modell erstellen kann. Die Methode der Black-Box-Modelle - in Form der Zustandsraumdarstellung – ist einer deterministischen als auchstochastischen Modellbildung [8] zugänglich, beide Modelle sind zunächst physikalisch nichtdirekt interpretierbar. Es lässt sich jedoch zeigen, dass das Black-Box-Modell auf der Basis vonMarkov - Parametern in ein White-Box-Modell überführt werden kann und damit einerphysikalischen strukturmechanischen Interpretation – wie z.B. durch die Parameter Massen,Steifigkeiten, Dämpfung und Flexibilitäten – zugänglich wird, und Basis der Bewertung vonmöglichen Zustandsänderungen während der Bauwerkslebensdauer als Schädigungsindikatorwerden kann [1].Beispiele zur Schadensidentifikation bei realen Schwingungsversuchen an einerStabbogenbrücke -siehe Bild 1- in der Nähe von Hünxe -NRW- demonstrieren den Einsatz derMarkov - Parameter als Schädigungsindikator.Bild 1: Stabbogenbrücke bei Hünxe (Nordrhein-Westfalen)2522