Schwingungsanalyse BRIMOSÂ® â ein neues Verfahren zur ... - VCE

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Produkte & Objekte / Monitoringder Vienna Consulting Engineers (VCE). Für den Partner BilfingerBerger AG übernahm deren Tochter, die BBV VorspanntechnikGmbH, die Durchführung der Entwicklungsarbeiten. Inihren Fabrikationsstätten verfügt sie über Versuchseinrichtungen,die bei der IMAC-Forschung genutzt werden konnten.Zu den Versuchseinrichtungen bei BBV gehörten ein 12 m langerStahl-Spannrahmen (Bild 1) und ein 30 m langer Spannbetonbalken(Bild 2). Die hier mehrfach durchgeführten Versuchedienten vor allem der Verifizierung der Ergebnisse der bis dahinentwickelten Hard- und Software. Im Rahmen des Forschungsvorhabenswurden 22 Schrägseilbrücken, 72 Spannbetonbrückenund 620 Spannkabel untersucht.Das PrinzipDas Verfahren nutzt die Tatsache, daß viele Bauwerke, vornehmlichBrücken, ein ausgeprägtes Schwingungsverhalten aufweisen,das durch Eigenfrequenzen, Eigenformen, Dämpfungswerteund Schwingungsintensitäten gekennzeichnet ist.Meßwertaufnehmer registrieren die Beschleunigung der schwingendenKonstruktion oder einzelner Bauteile in dreidimensionalerRichtung.Mit der BRIMOS ® -Technologie wird der globale und aktuelleZustand der Tragwerke erfaßt und analysiert. Die Untersuchungliefert Erkenntnisse zur Erhaltung der Dauerhaftigkeit,der Gebrauchstauglichkeit sowie der Tragsicherheit. Durch Auswertungund Interpretation der Meßergebnisse ist optional einVergleich mit den Ergebnissen einer Computerberechnung möglich.Die gemessenen Eigenfrequenzen stellen einen erstenBasiswert für weitere, zukünftige Messungen dar. Durch denVergleich dieser Messungen können Abweichungen sofort festgestellt,dokumentiert und nach deren Ursache gesucht werden.Die BRIMOS ® -Technologie bietet ausgezeichnete Lösungenzur Erfüllung von Kundenbedürfnissen in einer Vielzahl vonAnwendungen:– Erkennen und Beurteilung des aktuellen Zustandes von Bauwerken– Aussagen zum Tragwerkszustand und zur Bauwerkssicherheit– Aussagen zu Lastmodellen (Verkehrlasterhöhung, Einzelereignis)– Schadensfeststellung und -lokalisierung– Planung von Erhaltungs- und Instandsetzungsarbeiten– Einsatz als Warnsystem für kritische Tragwerkszustände(Schwertransporte)– Qualitätskontrolle (Basismessung)– Lebensdauerbeurteilung– Erhaltungsmanagement für das TragwerkBasis offensichtlich erkennbarer Schäden möglich. Der Einsatzaufwendiger Inspektionstechniken verursacht zusätzliche, nichtgeringe Mehrkosten. Die Schwingungsmessung an Schrägseilenbietet demzufolge eine praktische und wirtschaftliche Alternative,um ein objektives Bild über den Zustand der Seile zu erhalten.Ein weiteres Anwendungsgebiet ist die Kontrolle von Behelfsabspannungenin Bauzuständen, erfolgreich angewandtbeim Bau der Svinesundbogenbrücke über den Idefjord zwischenSchweden und Norwegen (Bild 4). Besonderes Augenmerkbei der Konstruktion des Betonbogens im Freivorbau bedurftedie Verformungskontrolle im Bauzustand. Lasteinwirkungenwie Eigengewicht, Wind, Temperatur sowie Kriechen undSchwinden des Betons führen zu unterschiedlichen Bogen- undPylonverformungen und folglich zu variierenden Kabelkräftenin der Hilfsabspannung. Herkömmlich werden Bündelspannpressenaufgesetzt, die das Schrägkabel anspannen und über dieAbhebelast die Kraft im Kabel messen. Allerdings ist der logistische,zeitliche und finanzielle Aufwand hierfür groß. Darüberhinaus besteht die Gefahr, daß Kabel oder Verankerung beschädigtwerden.Eine neue und einfache Methode der Kabelkraftmessungstellte die BBV mit dem BRIMOS ® -Recorder zur Verfügung (Bilder5 und 6). Hier bewies sich die hervorragende Eignung derBRIMOS ® -Geräte unter rauhen Baustellenverhältnissen. Aktuellfindet das Verfahren Anwendung beim Bau der Seidewitztalbrückeim Zuge der BAB A 17 bei Dresden.Analyse von externen SpannkabelnGemäß den Richtlinien zur Vorspannung von Hohlkastenbrückenwurden die Spannverfahren mit externer Vorspannungentwickelt. Vorteile bieten die visuelle Begutachtung und Prüfungsowie die Nachspann- und Auswechselbarkeit der Spann-Ergebnisse und AnwendbarkeitMit Abschluß des Forschungsvorhabens stehen für die baupraktischeAnwendung drei Anwendungsfälle zur Verfügung:Analyse von SchrägseilenMit dem Verfahren werden die in den Seilen tatsächlich vorhandenenKräfte, die Wirksamkeit von Dämpfern und Schadstellenim Seil selbst und an den Verankerungsstellen bestimmt. Abweichungenvom Planzustand werden erkannt und liefern Informationenüber den aktuellen Zustand. Unter diesen Prämissen wurdendie Schrägseile der Pylonbrücke in Ludwigshafen (Bild 3)einer genaueren Untersuchung unterzogen. Für die Beurteilungder Seile wurden 3dimensionale Beschleunigungsaufnehmer eingesetzt.Spezielle Konsolen, die die sichere Justierung des Sensorsermöglichen, wurden direkt an den Seilen, in ca. 1,5 mHöhe über Gehwegniveau, montiert. Durch die Auswertung dergemessenen Schwingungssignale war es möglich, eine qualitativeund quantitative Beurteilung der Kabel durchzuführen.Konventionelle Untersuchungen sind bei Schrägseilen sehraufwendig und nur durch erheblichen Einsatz von Gerät undZeit durchführbar. Eine Beurteilung ist dabei jedoch nur aufBild 4. Bauzustand der Svinesundbrücke über den Idefjord mit Behelfsabspannung
Produkte & Objekte / MonitoringBild 7. Spannglied mit BeschleunigungsaufnehmerBild 8. Gersbachtalbrücke, BRIMOS ® -MessungenBild 5 und 6. BRIMOS ® -Geräteglieder. Zunächst geht es um die Kontrolle der durch Vorspannungeingetragenen Kräfte in die Spannglieder. Darüber hinauslassen sich unplanmäßige Kraftverluste ebenso feststellen wieunvorschriftsmäßige Kantenpressungen im Aufweitungsbereichder Umlenkstellen.Mit dem BRIMOS ® -Recorder steht eine Methode zur Verfügung,die einfache und wirtschaftliche Kontrollen vorgenannterPrüfkriterien liefert. Die kleinen Sensoren erweisen sich aufgrundihrer einfachen Befestigung und Bedienung als besondershandhabungsfreundlich (Bild 7). An der Gersbachtalbrücke imZuge der L 600 bei Pirmasens wurde eine Basismessung sowohlan externen Spanngliedern als auch an der kompletten Konstruktiondurchgeführt (Bild 8). Dem Auftraggeber stehen damitDatensätze für die lebensdauerlange Zustandsüberwachung seinerBauwerke zur Verfügung.Analyse von SpannbetonbrückenEin besonderer Vorteil des entwickelten Verfahrens ist es, daßganze Brückenfelder schwingungsanalytisch gemessen werdenkönnen. Dadurch ist auch die Beurteilung von Brücken mit internerVorspannung möglich. Die dynamische Untersuchungdient dazu, parallel zu konventionellen Brückenprüfungen Ergebnisseaus dem Schwingungsverhalten der Struktur zur Feststellungund Lokalisierung von Problemzonen heranzuziehen.Zu diesem Zweck werden Schwingungsaufnehmer in einer vorbestimmtenReihe längs der Systemlinie eines Brückenfeldesaufgestellt und abgefragt.Am Beispiel der alten Nahebrücke in Bad Kreuznach(Bild 9) soll das Verfahren im Detail erläutert werden. DieBrücke wurde als 3feldriges Rahmentragwerk 1955 errichtet.Zwei durch die Fahrbahnplatte miteinander verbundene Hohlkästenbilden den Überbau. Die Stiele des Rahmens (Widerlager)wirken als Druck- und Zugstreben. Die Beurteilung desTragwerkzustandes stützt sich auf die Ergebnisse folgenderAnalysen:– Dämpfungsanalyse (hohe Dämpfung als Hinweis auf möglicheSchädigung)– Frequenzanalyse (für das Bauwerk untypische Eigenfrequenzen,Eigenformen als Hinweis auf mögliche Schädigung)– Intensitätsanalyse (hohe Schwingbreiten, Ermüdungsgefahr).A6 Beton- und Stahlbetonbau 99 (2004), Heft 12
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