Entwicklung und Validierung einer Methode zur Zustandsüberwachung und Schadenslokalisation an Schienenstützpunkten von Brückenbauwerken auf Grundlage elektromechanischer Impedanzspektren
Forschungsschwerpunkt
Bauwerksmonitoring, Schadensdetektion, elektromechanische Impedanzen
Bearbeiter
Forschungsförderung
Naturwissenschaftlich -Technische Fakultät, Universität Siegen ("vernetzte Forschungsprojekte")
Partner
Projektlaufzeit
01/2018 - 12/2018
Projektbeschreibung
Das wissenschaftliche Forschungsziel ist die Entwicklung und Validierung einer Zustandsüberwachung und Schadenslokalisation an Schienenstützpunkten von Brückenbauwerken auf der Grundlage elektromechanischer Impedanzspektren.
Brückenbauwerke sind seit Jahrzehnten ein fester Bestandteil der Infrastruktur in Deutschland und gewährleisten die Mobilität für einen Großteil der Gesellschaft. Dabei liegt das mittlere Alter der Bauwerke mit rund 40 Jahren bei der Hälfte der geplanten Nutzungsdauer. Erfahrungsgemäß wird jede Brücke etwa alle 25 bis 30 Jahre von Grund auf saniert [1], da sich ihr Zustand durch Alterungsprozesse (z.B. Ermüdung), Umwelteinflüsse und nicht vorhersagbare Ereignisse während der Lebensdauer ändern kann [2].
Manuelle Prüfungen in festen Inspektionsintervallen lassen nur eine temporäre Zustandsbewertung des Bauwerks zu und ermöglichen eine unentdeckte progressive Schädigung der Struktur. Daher bedarf es der Entwicklung einer Methode des Structural Health Monitorings (SHM), welche in der Lage ist, Schäden oder Anomalien innerhalb eines Bauwerks fortlaufend zu detektieren und zu lokalisieren.
Unter SHM wird die kontinuierliche oder periodische und automatisierte Methode zur Bestimmung und Überwachung des Zustandes eines Überwachungsobjektes innerhalb der Zustandsüberwachung (gemäß DIN ISO 17359) verstanden. Dies erfolgt durch Messungen mit permanent installierten bzw. integrierten Aufnehmern und durch Analyse der Messdaten [3]. Neben schwingungsbasierten und wellenbasierten Prüfverfahren gehört die elektromechanische Impedanzmethode [4] [5] zu den bekanntesten Messmethoden im SHM. Dieser Methode liegt die Idee zugrunde, dass sich die mechanische Impedanz einer Struktur infolge einer auftretenden Schädigung ändert und damit auch eine Änderung im Spektrum der gekoppelten elektromechanischen Impedanz hervorruft, die sich aus Spannung (V) und Strom (I) ermitteln lässt.
Im Rahmen der Forschungsarbeit wird die generelle Anwendbarkeit von elektromechanischer Impedanzspektren als Zustandsüberwachung und Schadenslokalisation von Strukturen, insbesondere bei Gewindebolzen von Schienenstützpunkten, überprüft. Ein möglicher Einfluss der Umgebungsbedingen, z.B. variierende Temperaturen, auf die Impedanzspektren werden in der Arbeit ebenso untersucht wie deren Kompensation durch passende Algorithmen.