Schwingungsanalyse BRIMOS® – ein neues Verfahren zur ... - VCE

Produkte & Objekte / MonitoringTabelle 1. EigenfrequenzenNr.Messung Messung geschädigtes Modell,Überbau Überbau ModellAusfall einerWest Ost [Hz]BemerkungZugstrebe[Hz] [Hz] [Hz]1 4,75 4,71 4,65 Biegung 4,382 6,97 6,95 6,18 Torsion 5,96Erste Eigenform(Biegung) ausdem Rechenmodellbei4,65 HzBild 9. Nahebrücke in Bad KrueznachErste Eigenform(Biegung) miteiner geschädigtenZugstrebeaus dem Rechenmodellbei 4,38 HzBild 11. Erste Eigenform des ungeschädigten/geschädigten Tragwerkes (Bilder: BBVVorspanntechnik)Bild 10. Tragwerksklassifizierung nach BRIMOS ®Die Dämpfungswerte sind ein hervorragender Indikator für denZustand des Tragwerkes bzw. der Haupttragelemente. „Problemzonen“dissipieren Energie in Form von Reibung, dieser Umstandspiegelt sich in einer Zunahme der Dämpfungswertewieder. Höhere Dämpfungswerte resultieren z. B. aus Rissen,aus Verlusten an schlaffer bzw. Spannstahlbewehrung etc. DieTragwerke werden nach ihren Dämpfungswerten in 3 Klassen(Bild 10) eingeteilt:– Klasse A: sehr guter Zustand– Klasse B: guter Zustand, jedoch beanspruchtes Tragwerk– Klasse C: problematischer Tragwerkszustand.Die Frequenzspektren zeigen die dynamische Charakteristik desTragwerkes, welche durch Messung der Beschleunigungen errechnetwird. Mit der Frequenzanalyse sind Aussagen und Beurteilungenüber die Beanspruchung von Tragwerk bzw. Tragelementenmöglich. Unterschiedliche Schädigungsgrade widerspiegelnsich im Frequenzspektrum. Grundsätzlich dokumentiertdie Basismessung den aktuellen Zustand. Durch künftige Nachmessungenentsteht ein Trend der Eigenfrequenzen, welcher genaueAussagen über deren zeitlichen Verlauf und Entwicklungwiedergibt. Dadurch ist es möglich, Prognosen über die Entwicklungdes Tragwerkzustandes zu erstellen.Die Auswertung der einzelnen Eigenformen ermöglicht dieZuordnung der Eigenfrequenzen zu entsprechenden Tragwerksbewegungen.Deutlich ausgeprägte Eigenformen signalisiereneinen guten Tragwerkszustand. Hierbei ist die Krümmung derEigenformbäuche ein wichtiger Parameter für die Beurteilung.Die Intensitätsanalyse zeigt den Zusammenhang zwischenEigenfrequenzen des Tragwerks und gemessener Schwingungsamplitude.Überschreiten die Schwingungsamplituden einenGrenzwert, so ist mit einer Schädigung des Tragwerkes oder vonTragelementen durch Materialermüdung zu rechnen. Parallel zuden meßtechnischen Untersuchungen wurde ein FE-Modell erstellt,an dem die dynamische Analyse zur rechnerischen Bestimmungder Parameter durchgeführt wurde. Die gemessenenEigenfrequenzen und die rechnerisch ermittelten Werte zeigtensehr gute Übereinstimmungen.Die Zugstreben, unzugänglich hinter der Widerlagerwandim Erdreich eingebettet, bedurften der intensiveren Betrachtung.Bei der Berechnung wurden ein Versagen dieser Zugstreben modelliertund die entsprechenden Eigenfrequenzen und Eigenformenausgewertet. Die Ergebnisse der Berechnung sind mit denMeßergebnissen zu vergleichen und erlauben dadurch Rückschlüsseauf die Funktionstüchtigkeit der Zugstreben.Auffallend war der Abfall der Eigenfrequenzen durch dieSchädigung. Weiterhin zeigten die Eigenformen einen gänzlichanderen Krümmungsverlauf. Da die Ergebnisse der Messungsehr gut mit den Ergebnissen der Berechnung am ungeschädigtenTragwerk korrespondieren, ist eine Schädigung der Zugstrebenzum Zeitpunkt der Messung auszuschließen (Tabelle 1 undBild 11).SchlußbetrachtungenDer zunehmende Bestand an Ingenieurbauwerken im Bereichder Verkehrsinfrastruktur impliziert eine immer größere Bedeutungder Erhaltungsproblematik von Kunstbauten. Allein inDeutschland wird der Straßen- und Schienenverkehr über mehrals 100000 Brücken geführt. Um diese zu erhalten und zu verwalten,ist ein effizientes Bauwerksmanagement-System erforderlich.Überwachungsmaßnahmen an Brücken kontrollieren einerseitsdas Sicherheitsrisiko für die Benutzer, andererseits dieBeton- und Stahlbetonbau 99 (2004), Heft 12A7