Schill, Florian Johannes (2018)
Überwachung von Tragwerken mit Profilscannern.
Technische Universität Darmstadt
Dissertation, Erstveröffentlichung

Kurzbeschreibung (Abstract)

Die Überwachung der Tragwerke von Ingenieurbauwerken ist ein wichtiger Grundstein zur Gewährleistung einer sicheren technischen Infrastruktur. Aufgrund der alternden Infrastruktur und der vielfach gesteigerten Belastung nimmt dabei sowohl die Anzahl an zu überwachenden Ingenieurbauwerken als auch der Umfang der jeweiligen Überwachungsaufgaben zu. Um die daraus entstehenden Herausforderungen zu bewältigen, ergibt sich der Bedarf nach einer effizienten Erfassung von Deformationen unter dynamischer Belastung.

Das Ziel dieser Arbeit ist die Realisierung eines Monitoringsystems zur Überwachung von Tragwerken auf Basis eines Profilscanners. Die berührungslose Erfassung mit Profilscannern verringert zunächst den Aufwand für Personal und Instrumentierung im Vergleich zu klassischer, für die Überwachung von Tragwerken eingesetzter Sensorik und ermöglicht zusätzlich das Anmessen von nicht zugänglichen Stellen. Durch die Verfügbarkeit von Informationen entlang eines ganzen Tragwerkprofils können darüber hinaus Analysen flexibel an variierende Fragestellungen angepasst werden. Mit einer Messrate von mindestens 50 Hz können typische Tragwerksdeformationen zuverlässig erfasst und ausreichend Datenmaterial zur Charakterisierung der Deformationsprozesse gesammelt werden.

Für den Einsatz von Profilscannern zur Überwachung von Tragwerken wurde neben instrumentenspezifischen Adaptionen, wie der Sensorbefestigung, einer Anzielvorrichtung sowie einer autonomen Stromversorgung, ein universell einsetzbares Prozessierungs- und Auswertekonzept entwickelt. Diese sogenannte raumzeitliche Prozessierung kann durch den Einsatz der diskreten Wavelet- Transformation nahezu vollständig automatisiert werden. Dadurch wird die Analyse der Messreihen in der Orts-Frequenz- bzw. Zeit-Frequenz-Ebene ermöglicht und so die Lokalisierung und Charakterisierung von Unstetigkeitsstellen durchgeführt. Die zentralen Bestandteile der raumzeitlichen Prozessierung sind dabei:

• die automatische Korrektur von Fehlmessungen,

• die strukturorientierte Segmentierung und Approximation der Messprofile,

• die Unsicherheitsbestimmung in Zeitreihen.

Obwohl das Messrauschen eines Profilscanners im Vergleich zu traditionell für die Überwachung von Tragwerken eingesetzter Sensorik, wie z. B. induktiven Wegaufnehmern, um ein Vielfaches höher ist, gelingt durch den Einsatz der raumzeitlichen Prozessierung die Ableitung nahezu vergleichbarer Ergebnisse für die Deformationssignale. Insgesamt gesehen wird somit ein automatisierter und effizienter Auswerteprozess realisiert, der durch den Einsatz der diskreten Wavelet-Transformation Ausreißer erkennen und eliminieren bzw. kompensieren kann. Neben der Ergebnisableitung ist so auch eine Qualitätsbewertung unter umfassender Einbeziehung der redundanten Informationen als in situ Unsicherheitsbestimmung möglich.

Durch den Einsatz der raumzeitlichen Prozessierung wird an verschiedenen Beispielen das gesamte Anwendungsspektrum von Profilscannern für die Überwachung von Tragwerken gezeigt. Diese reichen von Eisenbahnbrücken bis hin zu Windenergieanlagen und decken den typischerweise bei Tragwerken auftretenden Frequenzbereich bis 10 Hz ab. Durch die nahezu kontinuierliche Erfassung der Tragwerksoberfläche können direkt Deformationsprofile entlang der Tragwerksstruktur abgeleitet werden. Damit wird u. a. die Aufdeckung von Unstetigkeitsstellen der Tragwerksstruktur, wie Risse oder Brüche sowie die Reduktion der Abhängigkeit von Vorwissen für die Messplanung ermöglicht.

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