Promotion Max Herbers

Am 14. September 2026 hat Max Herbers seine Dissertation 👨‍🎓 mit dem Titel „Rissmonitoring an Betonbauwerken mit verteilten faseroptischen Sensoren: Modellgestützte Sensorauswahl“ erfolgreich verteidigt. Die Veranstaltung fand im Beyer-Bau der TU Dresden statt. 

Abstract:

Verteilte faseroptische Sensoren (DFOS) bieten ein erhebliches Potenzial für das Rissmonitoring an Betonbauwerken, da sie kontinuierliche Dehnungsmessungen mit hoher räumlicher Auflösung über große Sensorlängen ermöglichen. Insbesondere die kohärente optische Frequenzbereichsreflektometrie (c-OFDR) erlaubt eine frühzeitige Risserkennung, eine präzise Risslokalisierung sowie eine detaillierte Erfassung komplexer Rissbilder.

Ein zuverlässiges DFOS-basiertes Rissmonitoring hängt jedoch wesentlich vom Zusammenspiel zwischen Sensortyp, Installationsmethode und Messeinstellungen ab. Eine ungeeignete Sensor-Kleber-Kombination (DAC) kann Dehnungsspitzen entweder so stark abschwächen, dass Risse nicht erkannt werden, oder zu übermäßigen Dehnungskonzentrationen führen, die Sensorbrüche und eine Verschlechterung der Signalqualität verursachen. Trotz der Vielzahl relevanter Einflussgrößen basiert die Auslegung von DFOS-Monitoringsystemen bislang weitgehend auf Erfahrungswissen.

Das vorrangige Ziel dieser Arbeit bestand darin, ein Verfahren für eine physikalisch fundierte Auswahl geeigneter DACs zu entwickeln. Hierzu wurden experimentelle Untersuchungen durchgeführt, um das Verbundverhalten verschiedener DACs unter statischen und zyklischen Einwirkungen zu charakterisieren. Darüber hinaus wurde der Einfluss unterschiedlicher Installationsmethoden auf den Dehnungstransfer analysiert und daraus semi-empirische Verbundmodelle abgeleitet. Die Ergebnisse zeigten ausgeprägte Einflüsse der Verbundsteifigkeit, der Sensorlänge und der damit verbundenen räumlichen Messauflösung auf die messbare Rissbreite. Mit zunehmender Verbundsteifigkeit und DFOS-Länge nahm die messbare Rissbreite deutlich ab, während ein zu nachgiebiges Verbundverhalten die Risserkennung und -quantifizierung beeinträchtigte.

Auf Grundlage dieser Erkenntnisse wurde das Strain-Curve-Prediction-(SCP)-Framework entwickelt. Mit diesem können rissinduzierte Dehnungsverteilungen für beliebige Rissbilder berechnet werden, wobei das DAC-spezifische Verbundverhalten und messtechnische Grenzen explizit berücksichtigt werden. Das SCP-Framework reproduziert zuverlässig die wesentlichen Charakteristika der Dehnungsverläufe, darunter Überlagerungseffekte, eine Abminderung von Dehnungsspitzen infolge plastischer Verformungen sowie das Auftreten von Messausfällen (Dropouts). Dadurch sind systematische Parameterstudien möglich, mit denen sich eine auf das zu überwachende Rissbild abgestimmte, ausgewogene DAC-Verbundsteifigkeit ermitteln lässt. Zusätzlich wurden Nomogramme hergeleitet, welche die Zusammenhänge zwischen messbarer Rissbreite, DFOS-Länge und Verbundsteifigkeit aufzeigen.

Während die vorhergehenden Untersuchungen auf die Auslegung von DFOS-Monitoringsystemen ausgerichtet waren, befasst sich der zweite Teil dieser Arbeit mit der Datenauswertung und Informationsgewinnung. Hierzu wurde die Integralmethode zur Rissbreitenbestimmung in Stahlbetonbauteilen validiert und auf Anwendungen im Spannbeton erweitert. Die aus DFOS-Dehnungsmessungen ermittelten Rissbreiten zeigten sowohl für in Beton eingebettete als auch für auf der Bewehrung applizierte DFOS eine hohe Übereinstimmung mit Referenzmessungen.

Diese Dissertation behandelt damit sowohl die Planungs- als auch die Betriebsphase eines DFOS-basierten Rissmonitorings. Durch die systematische Verknüpfung von Verbundmodellen und messtechnischen Grenzen innerhalb des SCP-Frameworks wurde eine Grundlage für eine fundierte DAC-Auswahl geschaffen. Dadurch können qualitativ hochwertige Dehnungsmessungen mit ausreichend ausgeprägten Dehnungsspitzen erzielt und somit eine zuverlässige Risserkennung und Rissbreitenbestimmung ermöglicht werden. Die Arbeit leistet damit einen Beitrag zu einem robusteren und zuverlässigeren DFOS-basierten Rissmonitoring, das sowohl bei neuen als auch bei bestehenden Betonbauwerken eingesetzt werden kann.

Lieber Max, wir wünschen dir an dieser Stelle viel Erfolg für die weitere wissenschaftliche Karriere und alles Gute für deine Zukunft. 🥳 👍