Detektion innerer Spannstahlbrüche durch faseroptische Messungen an Betonoberflächen

Unerkannte innere Spannstahlbrüche stellen ein Risiko für Spannbetontragwerke dar. Sofern eine Vorankündigung durch Rissbildung rechnerisch nicht nachgewiesen werden kann, sind Abbruch und Neubau oft die Konsequenz. In diesem Beitrag wird eine experimentelle Methode zur Erkennung und Lokalisierung solcher Schäden mittels faseroptischer Messtechnik vorgestellt. Infolge des Vorspannungsverlusts sowie der Neuverankerung des Spannglieds im umgebenden Beton entstehen charakteristische Änderungen im Dehnungsfeld an der Betonoberfläche. Diese werden mit einem zweidimensionalen Gitter aus faseroptischen Sensoren detektiert. In experimentellen Untersuchungen an Spannbetonträgern wurden Spannstahlbrüche erzeugt und die daraus resultierenden Dehnungsfelder an der Oberfläche gemessen. Die Neuverankerung im Beton wurde mithilfe von Sensoren an den Spanngliedern bewertet. Relevante Einflussgrößen auf das Messsignal wurden durch Variation der Betonfestigkeitsklasse, der Tiefenlage der Spannglieder sowie der Vordehnung des Spannstahls untersucht. Zusätzlich wurde der Einfluss von Biegerissen auf das Messsignal bewertet. Es zeigt sich, dass Spanngliedbrüche bis in Tiefen von 25 cm von der Oberfläche klar erkannt und lokalisiert werden können. Als Messgröße sind die Dehnungsänderungen entlang der Spanngliedachse besonders geeignet. Die Dehnungsänderungen orthogonal zum Spannglied zeigen schwächer, aber ebenfalls die Bruchstelle an und bilden eine sinnvolle Ergänzung des Messsystems.

Undetected internal tendon breaks pose a risk for prestressed concrete structures. If announcement by cracks on time cannot be proven in calculation, demolition and replacement are often the consequence. This paper presents an experimental method for detecting and localizing such damage using fiber‐optical measurement technology. Due to a loss of prestress and the re‐anchoring of the tendon in the surrounding concrete, characteristic changes occur in the strain field on the concrete surface. These are detected using a two‐dimensional grid of fiber‐optical sensors. In experimental tests on prestressed concrete beams, tendon breaks were generated and the resulting strain fields measured on the concrete surface. The re‐anchoring in the concrete was evaluated using sensors applied to the tendons. Relevant influencing variables on the measurement signal were investigated by varying the concrete strength, the depth of the tendons and the prestressing force. In addition, the influence of bending cracks on the measurement signal was evaluated. It has been shown that tendon breaks are clearly detected and localized up to depths of 25 cm from the surface. The strain changes along the tendon axis are particularly suitable as a measurement parameter. The strain changes orthogonal to the tendon are weaker but also indicate the point of failure and supplement the measuring system.