Entwicklung eines modal basierten Brückenmonitoring-Systems - Labortechnische Sensitivitätsanalyse der modalen Parameter

In den vergangenen Jahren ist das Interesse an modal basierten Überwachungssystemen insbesondere für Brückenkonstruktionen stark gestiegen. Das Ziel ist es, Schädigungsprozesse frühzeitig zu erkennen und die Lebensdauer bestehender Brücken zu verlängern sowie die Instandhaltungskosten zu minimieren. Die modalen Parameter, Eigenfrequenzen und Eigenformen, sind globale Parameter, die von der Steifigkeits- und Massenverteilung der Konstruktion abhängen. Unter der Annahme, dass Schädigungsprozesse mit einer Steifigkeitsabnahme einhergehen, ermöglichen sie die Detektion sowie Lokalisierung von geschädigten Bereichen einer Struktur. Im Rahmen dieser Arbeit werden Laborversuche vorgestellt, bei denen die Sensitivität der modalen Parameter gegenüber einer anwachsenden Rissbildung untersucht wurde. Darüber hinaus wurden die vorgeschädigten Stahlbetonbalken mit extern applizierten carbonfaserverstärkten Kunststofflamellen (CFK-Lamellen) verstärkt und anschließend bis zum Versagen belastet. Es kann eine hohe Sensitivität der modalen Parameter hinsichtlich einer zunehmenden Rissbildung detektiert werden. Des Weiteren kann die Wirkung des Verstärkungssystems erfolgreich anhand der modalen Parameter belegt werden.

Development of a modal based bridge monitoring system
In recent years, the interest in modal based monitoring systems, especially for bridge constructions, has increased significantly. The aim is to detect damage processes at an early stage and to extend the service life of existing bridges and to minimize maintenance costs. The modal parameters, natural frequencies and mode shapes, are global parameters that depend on the stiffness and mass distribution of the structure. Assuming that damage processes are accompanied by a decrease in stiffness, they allow the detection and localization of damaged areas of a structure. In the context of this paper, laboratory tests are presented, in which the sensitivity of the modal parameters to increasing crack formation was investigated. In addition, the pre-damaged reinforced concrete beams were strengthened with externally bonded carbon fiber reinforced polymer (CFRP) laminates and subsequently loaded until failure. A high sensitivity of the modal parameters with respect to increasing crack formation can be detected. Moreover, the effect of the amplification system can be successfully proven by means of the modal parameters.