Monitoring des realen Grades der Ermuedungsschaedigung in Betonstrukturen. Forschungsprojekt MOSES

Monitoring of the real degree of fatigue deterioration within concrete structures. Research project MOSES

Die rechnerische Bestimmung der Restlebensdauer von ermuedungsbeanspruchten Betonkonstruktionen anhand von Woehlerkurven ist mit grossen Unsicherheiten verbunden, da die Mechanismen der Ermuedung des Betons und die zugrunde liegenden Schaedigungsprozesse noch nicht hinreichend bekannt sind. Vorgestellt wird eine andere Herangehensweise zur Ermittlung des Grades der Ermuedungsschaedigung. Es handelt sich um die Erfassung des Bauwerkszustands im Hinblick auf die Ermuedung mittels eines Monitorings mit Ultraschall- und Koerperschallsensoren. Aus den Messwerten dieser Sensoren lassen sich die Veraenderungen der Materialeigenschaften des Betons genauer bestimmen. Der charakteristische Verlauf der Messwerte laesst Rueckschluesse auf das Ausmass der Schaedigung zu und erlaubt eine Prognose der Restlebensdauer. Dazu muessen die Sensoren allerdings an ermuedungsgefaehrdeten Stellen angebracht werden. Das vorgestellte Monitoring-System erlaubt eine Detektion der Schaeden, aber nicht deren Lokalisierung. Eine Lokalisierung der Schaeden ist moeglich, wenn die Anzahl der Sensoren so erhoeht wird, dass Ortungsalgorithmen anwendbar werden. Die durchgefuehrten Versuche an Probekoerpern aus hochfestem Beton C80/95 und die Auswertung der Messergebnisse werden beschrieben. Das bei den Versuchen verwendete Monitoringsystem besteht aus Ultraschall- und Koerperschallsensoren sowie aus Dehnungsmessstreifen. Die mit solchen Sensoren bestueckten Probekoerper wurden dynamisch mit einer Druck-Schwell-Beanspruchung bis zum Bruch belastet. Auf die grundsaetzliche Wirkungsweise von Ultraschall und Koerperschall einschliesslich der Anordnung und Konfiguration der Sensoren und die Auswertung der Messergebnisse wird ausfuehrlich eingegangen. Aus den Ultraschall-Laufzeitmessungen laesst sich rechnerisch der dynamische E-Modul und dessen Veraenderung bei Ermuedung des Betons bestimmen. Der zeitliche Verlauf der Veraenderung des E-Moduls und somit der Dehnungsveraenderung stellen eine sensible Groesse zur Beurteilung der Ermuedungsschaedigung dar. Koerperschallmessungen haben allerdings erst bei fortgeschrittenen Schaedigungen eine hinreichende Aussagekraft. Sie eignen sich daher nicht als alleiniges Mittel zur Bestimmung des Schaedigungsgrades. Sehr zu empfehlen ist hingegen eine Kombination mit Ultraschallmessungen. Nur so ist der Schaedigungsgrad zu jedem Zeitpunkt der Beanspruchung messbar. Das vorgestellte Monitoringsystem wurde in groesserem Massstab an vorgespannten Monoblockschwellen fuer den Gleisbau unter dynamischer Belastung in Laborversuchen getestet. Die Schwellen wurden mit Ultraschall- und Koerperschallsensoren sowie mit Dehnungsmessstreifen bestueckt. Der zugehoerige Versuchsaufbau und das Lastprogramm sowie die Versuchsauswertung werden eingehend beschrieben. Bei dem vorgestellten Verfahren ist eine Nullmessung im ungeschaedigten Zustand unerlaesslich, um die Messwerte nach einer gewissen verstrichenen Nutzungszeit in Relation zum unbelasteten Zustand setzen zu koennen. Bei Brueckenbauwerken im Bestand laesst sich diese Voraussetzung in aller Regel jedoch nicht verwirklichen. Es sollen daher weitere Versuche durchgefuehrt werden, um eine Kalibriermethode zu entwickeln, in die dann auch die Einfluesse verschiedener Betonsorten und Festigkeitsklassen einfliessen sollen. ABSTRACT IN ENGLISH: According to current codes and regulations (e.g. CEB-FIP-Model Code 2010) the verification concept for fatigue and the determination of the real degree of deterioration of concrete structures is based on counted load cycles and the linear Palmgren-Miner summation. The results gained in this manner will never depict the reality because of the not considered heavily non-linear behavior of concrete. A way to improve the results is the application of monitoring sensors, which are able to image the changes in the inner part of the concrete matrix independently from applied loads. A monitoring concept will be proposed which can achieve these objectives. The laboratory tests are already described in the article "Monitoringbasierte Lebenszeitabschaetzung von Betonstrukturen" (see AN 01497981) and now a deeper assessment of the measured results will be made. Finally dynamic tests with prestressed railway sleepers and mounted monitoring system are presented. The measurement data of the sensors will be correlated with results of a numerical nonlinear simulation of the sleeper. (A)

  • Availability:
  • Authors:
    • Urban, S
    • Wagner, R
    • Strauss, A
    • Dallinger, S
    • Reiterer, M
    • Dehlinger, C
    • Bergmeister, K
  • Publication Date: 2014-7

Language

  • German

Media Info

  • Media Type: Print
  • Features: Figures; References;
  • Pagination: pp 473-85
  • Serial:

Subject/Index Terms

Filing Info

  • Accession Number: 01538618
  • Record Type: Publication
  • Source Agency: Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt)
  • Files: ITRD
  • Created Date: Sep 11 2014 7:18AM