Dynamische Verformungsmessungen an Brücken

 

Brücken werden durch ihr Eigengewicht statisch und aus dem Verkehr und Temperaturänderungen dynamisch belastet.

 

Mit dem DLM-System erfassen wir das dynamische Lastverhalten über geometrische Verschiebungen an definierten Messpunkten im Zehntel-Millimeterbereich über Distanzen bis 100m.

 

Messprinzip ist die kontaktlose und permanente Distanzmessung auf ein definiertes Messziel.

 

Unser Leistungsangebot sind die Durchführung, die Auswertung und die Dokumentation von Verformungsmessungen an Brückentragwerken.

 

 

 

Bauwerksmonitoring und Verkehrslasterfassung mit stationärem DLM-System

 

Bauwerksmonitoring Aufbau Lasersystem

 

 

Die Lasersensoren sind an festen Punkten - hier den Pfeilern - paarweise montiert. Die Messziele sind auf den halben Feldlängen platziert. Mit dieser Anordnung werden nicht nur die maximalen Durchbiegungen der Felder, sondern auch die Torsion erfasst. Hierdurch ist eine Auflösung der Belastung nach Fahrspuren möglich, die für die Erfassung der Verkehrslasten genutzt werden kann.

 

 

 

Die folgende Grafik zeigt Verformungen an einem Messpunkt über einen Zeitraum von 2 Minuten:

 

 

Aufgetragen sind hier die vertikalen Auslenkungen einer Messstrecke unter realem Verkehr. Dabei stellen die Peaks die Überfahrten von LKWs dar.

 

  • Die Auslenkung verhält sich linear zur Last.
  • Das Verhältnis von der Auslenkung zur Last beschreibt die Steifigkeit. 
  • Vereinfacht ausgedrückt:

 

 


Brückenmonitoring

 

In der Datenanalyse werden die Messwerte in die Wertebereiche „Nulllagen“ und „Belastungs-Peaks“ unterteilt.

 

  • Änderungen der Nulllagen bzw. des Rückstellverhaltens über die Zeit zeugen von schadensbedingten Steifigkeitsänderungen und werden für die Überwachung des konstruktiven Zustands genutzt.
  • Die Belastungs-Peaks aus LKW Überfahrten werden für die Verkehrslasterfassung und Belastungstests genutzt.

 

 

 

Belastungstests mit mobilem DLM-System

 

In einem Belastungstest wurden die Fahrstreifen der Süderelbbrücke nacheinander mit einem 40t-Kieslaster mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten befahren. Dabei wurden die Verformungen an den Messpunkten vom Mittelpfeiler aus erfasst.

 

Die nachfolgende Grafik zeigt den Messaufbau, bei dem die Laser außerhalb des Bauraums der Brücke aufgestellt wurden.

 

 

Messaufbau Lasersystem für Belastungsversuch an Brücke

 

 

Die beiden nachfolgenden Grafiken zeigen die gemessenen Verformungen bei Belastung der rechten Fahrspur:

 

 

Verformung bei Belastungsfahrt mit Stopp

 

Bauwerksmonitoring mit Laser

Verformungen bei Belastungsfahrt mit 65 km/h

 

Messziel mit Laserpunkt für Brückenmonitoring

 

 

Die Messwerte der oben dargestellten Belastungsfahrten zeigen in Unabhängigkeit von der Geschwindigkeit eine sehr hohe Übereinstimmung. Mit dem Einsatz des DLM-Systems kann die Zeit der Verkehrssperrung bei Belastungstests erheblich reduziert oder – je nach Brückentyp – vollständig vermieden werden.

 

Die Messziele verbleiben nach der ersten Messung am Bauwerk, so dass die Messpunkte dauerhaft definiert sind. Die Belastungstests werden mit parallel fahrenden LKWs – z.B. Kieslastern – durchgeführt.  Hinter den Belastungsfahrzeugen wird der Verkehr so verzögert, dass diese die Brücke allein befahren.

 

Belastungstests sind in verschiedenen Anwendungen zielführend und mit dem DLM-System im Vergleich zu bisherigen Methoden in wesentlich vereinfachter Art und Weise anwendbar:

 

 

1. Initialmessung bei neuen Brücken

 

Bei neuen Brücken wird nach Fertigstellung und vor Inbetriebnahme das Verformungs- und Lastverhalten im Neuzustand ermittelt. Mit den Messergebnissen wird das Rechenmodell kalibriert und so die tatsächliche Steifigkeit bestimmt. Die erfassten Messwerte stehen als Referenzgrößen für spätere Belastungsprüfungen zu Verfügung.

 

 

2. Soll-Ist- Vergleich bei kritischen Bestandsbauwerken

 

Bei Brücken, die in der Nachrechnung als „kritisch“ oder „unklar“ bewertet wurden, können die Rechenmodelle mit den Ergebnissen eines Belastungsversuchs zuverlässig validiert werden. Man erhält belastbare Messwerte, mit denen in weiteren Berechnungen mit den Ist-Werten der aktuelle Zustand sicher validiert und Entscheidungen für Maßnahmen zur Aufrechterhaltung der Stand- und Verkehrssicherheit auf einer soliden Datenbasis getroffen werden können.

  

Mit dem mobilen DLM-System wird die Durchführung von Belastungstests erheblich vereinfacht.

 

3. Historischer Vergleich – Brücken ab Baujahr 1990

 

Durch die Einfachheit der Anwendung werden die Ergebnisse von wiederkehrenden Brückenprüfungen messtechnisch durch Messungen am Bauwerk untermauert und bilden eine zuverlässige Basis für die Zustandsbewertung des Bauwerks. Erkenntnisse aus Bauteiltests an vorgespannten Betonbrücken zeigen, dass Steifigkeitsverluste in Folge von Brüchen der Spannelemente über das Biegeverhalten frühzeitig erfasst werden können, bevor Haaarrisse an der Betonoberfläche sichtbar werden. Bauwerke mit einer beginnenden Schädigung können somit frühzeitig detektiert werden.