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SCHADEN ERKANNT, GEFAHR GEBANNT


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Bauen Aktuell - epaper ⋅ Ausgabe 2/2022 vom 04.04.2022

Artikelbild für den Artikel "SCHADEN ERKANNT, GEFAHR GEBANNT" aus der Ausgabe 2/2022 von Bauen Aktuell. Dieses epaper sofort kaufen oder online lesen mit der Zeitschriften-Flatrate United Kiosk NEWS.

Bildquelle: Bauen Aktuell, Ausgabe 2/2022

In Ballungsgebieten werden Brücken täglich von Hunderttausenden Fahrzeugen befahren.

Von den rund 28.000 Autobahnbrücken in Deutschland sind nach Schätzungen von Experten zwischen 2.000 und 3.000 dringend sanierungsbedürftig. De Zustand vieler Bauwerke hat sich über die Jahre drastisch verschlechtert – unter anderem auch deshalb, weil sie ursprünglich für weit weniger Fahrzeuge ausgelegt wurden. Die Leverkusener Rheinbrücke ist ein gutes Beispiel: Als sie 1965 eröffnet wurde, rechnete man mit einem Verkehrsaufkommen von 40.000 PKW pro Tag, tatsächlich sind es inzwischen 120.000.

Da Brücken bisher nur einmal im Jahr gründlich geprüft werden, fallen schwerwiegendere Schäden oft erst spät auf. Meist sind dann sofort tiefgreifende Maßnahmen nötig. Dadurch entstehen umfangreiche Verkehrsbehinderungen, und der Ausweichverkehr belastet weitere Straßen, die für die große Anzahl an Fahrzeugen gar nicht ausgelegt sind. Sie verschleißen dann schneller als geplant – ein Teufelskreis. ...

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Engmaschige Überwachung ist unumgänglich

Um die Gefahr durch marode Brücken zu verringern, werden in anderen europäischen Ländern bereits Monitoring-Lösungen für eine kontinuierliche Überwachung prototypenhaft umgesetzt und getestet. In diesem Zusammenhang entwickelte die ASC GmbH einen Beschleunigungssensor, der über eine digitale Schnittstelle höchstpräzise Messdaten zur Weiterverarbeitung bereitstellt. Mit Hilfe dieser Sensortechnologie werden Kommunen in die Lage versetzt, nach dem Plugand-Play-Prinzip ihre Brücken selbst zu überwachen und erst bei Bedarf einen teuren Experten zu Hilfe zu holen. Somit wird ein engmaschiges und dauerhaftes Monitoring ermöglicht, ohne dass damit der personelle und finanzielle Aufwand explodiert.

ASC-Sensoren überwachen die längste Seebrücke der Welt

In Asien erfassen triaxiale kapazitive Beschleunigungssensoren vom Typ ASC CS-1611LN die Schwingungen an der Hong Kong-Zhuhai-Macau-Bridge, der mit 55 Kilometern längsten Seebrücke der Welt. Die Sensoren unterstützen die Behörden dabei, Auswirkungen von Seebeben, Gezeiten oder Schiffskollisionen auf die Brücke zu erfassen und geeignete Maßnahmen zu ergreifen.

Echte Alternative zu Geophonen

Mit der neuen ASC-EQ-Serie ist es nun möglich, sehr niedrige Frequenzen mit höchster Qualität zu analysieren, da das Sensorrauschen äußerst gering und damit eine Amplitudenauflösung < 1 µg erreichbar ist. Diese Sensorserie eignet sich daher vor allem für den Einsatz im Structural Health Monitoring von Gebäuden. Bisher war dieses Anwendungsgebiet hauptsächlich Geophonen vorbehalten, da herkömmliche Sensoren auf MEMS-Basis ein zu starkes Rauschen aufwiesen. In einem Feldtest wollte man deshalb herausfinden, ob es sich bei der ASC-EQ-Serie genauso verhält. In Zusammenarbeit mit einem Ingenieurbüro aus der Bauwerktechnik verglich man die ASC-EQ-Sensoren mit Geophonen. Es wurden typische Messungen parallel durchgeführt, aufgezeichnet und ausgewertet. Dabei zeigte sich, dass die Messungen nahezu identisch waren und die ASC-EQ-Serie eine gute Alternative zu Geophonen ist.

Auf Basis der ASC-EQ-Serie mit analogem Ausgang entwickelten die Ingenieure dann einen digitalen Sensor mit integrierter Datenerfassung und Auswertung. Die Sensorserie ASC DiSens EQ ist dafür ausgelegt, Signale im niedrigen Frequenzbereich optimal zu erfassen. Die 3-dB-Frequenz des internen Anti-Aliasing-Filter liegt bei 80 Hz, die Sampling-Rate ist von zirka 20 Hz bis 10 kHz einstellbar, wobei in diesem Anwendungsfall 500 Hz zum Einsatz kommen. Die Datenkonvertierung von gemessener Spannung in Beschleunigung erfolgt bereits im Sensor, sodass die übertragenen Messwerte schon in der Einheit g oder m/s² vorliegen. Die Sensoranbindung für die Rohdatenübertragung erfolgt entweder per USB oder CAN-Bus.

Sensorik und Datenerfassung in einem Gehäuse vereint

Die Sensorserie ASC DiSens EQ vereint Sensorik und Datenerfassung in einem Gehäuse. Mit der Sensorserie ASC AiSys EQ geht die ASC GmbH noch einen Schritt weiter und bringt Auswertealgorithmen ebenfalls auf den Sensor. So ist es möglich, eine komplette Schwingungsanalyse bereits auf dem Sensor durchzuführen. Das bedeutet, der Sensor berechnet neben dem Frequenzspektrum auch die Schwingungsgeschwindigkeit und -Amplituden. Mit Hilfe von Monitoring-Funktionen, die ebenfalls auf dem Sensor durchgeführt werden, können beim Überoder Unterschreiten von Grenzwerten Alarmfunktionen ausgelöst werden.

Intelligente Sensoren verarbeiten die Daten selbst

Aufgrund ihres modularen Konzeptes sind die smarten Sensorsysteme ASC AiSys besonders für das Structural Health Monitoring (SHM) geeignet. Die Sensorsysteme bestehen zum einen aus hochwertigen Komponenten bezüglich der Auflösung sowie der Frequenz-und Messbereiche, zum anderen aus einer individuell konfigurierten Datenverarbeitung: ASC legt gemeinsam mit den Kunden fest, welche Merkmale die intelligenten Sensoren aus den Messdaten extrahieren beziehungsweise auswerten sollen. Die Rechenleistung der smarten Sensorsysteme lässt sich vom Anwender zudem frei nutzen, um die voreingestellten Auswertealgorithmen für die Merkmalsextraktion flexibel an seine Bedürfnisse anzupassen.

Basis für Monitoring und Simulationen

Anders als die analogen und digitalen Inertialsensoren von ASC senden die smarten Sensorsysteme ASC AiSys bei Bedarf lediglich ein Statussignal. Der Anwender muss deshalb keine Zeit in die Datenauswertung investieren und kann sich auf seine Kernaufgaben konzentrieren. Die enormen Datenmengen, die von den smarten Sensorsystemen erfasst werden, sind nicht nur für das Monitoring extrem wertvoll – sie bilden auch eine sehr gute Grundlage für das Building Information Modeling (BIM). Mit dieser Bauwerksdatenmodellierung kann anhand der Daten einer realen Brücke ein digitaler Zwilling modelliert werden. An diesem virtuellen Modell testet man dann, wie sich unterschiedliche Witterungs-und Umgebungsbedingungen mittel-und langfristig auf die Bauwerksstruktur auswirken. So lassen sich neue Brücken optimal planen und an ihre Umgebung anpassen.

Maßgeschneiderte Messkonzepte

In den kommenden Jahren müssen tausende Brücken quasi bei laufendem Betrieb saniert oder neu gebaut werden. Um dabei die Verkehrsbehinderungen so gering wie möglich zu halten, dürfen alte Brücken erst gesperrt werden, wenn die Ersatzneubauten fertiggestellt sind.

Das geht allerdings nur mit einem lückenlosen Monitoring der maroden Bauwerke. Brücken müssen dann nicht mehr auf Verdacht gesperrt werden, sondern können so lange in Betrieb bleiben, bis ihre Verkehrssicherheit wirklich nicht mehr gegeben ist.

Ob es um die Überwachung von Brücken, Gebäuden oder Fahrzeugen geht: ASC hat für jede Monitoring-Aufgabe im Bauwesen die passende Sensortechnologie. | RT