Entwurfsmethodik für ein lebensdauerübergreifendes Bauwerksmonitoring
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Projektdaten
Titel | Title Entwurfsmethodik für ein lebensdauerübergreifendes Bauwerksmonitoring bei unbekanntem Schadensprozess | Design methodology for cross-life structural health monitoring with unknown damage process Förderer | Funding Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) / SPP 2388 Zeitraum | Period 08/2022 – 07/2025 Projektleiter | Project manager Prof. Dr.-Ing. Steffen Marx Team | Team Jan-Hauke Bartels, M.Sc. Dr.-Ing. Chongjie Kang |
Bericht aus dem Jahrbuch 2022
Brückenmonitoring der Zukunft – prädiktiv statt reaktiv
Thema des Dresdner Teilprojekts des Schwerpunktprogramms (SPP) 2388 „Hundert plus“ ist die Erarbeitung einer Entwurfsmethodik für lebensdauerübergreifende Brückenmonitoringsysteme, beginnend bei der Errichtung und Inbetriebnahme des Bauwerks, also zu einem Zeitpunkt, an dem normalerweise keine Schäden vorhanden sind.
Die aktuelle Instandhaltungsstrategie von Brücken ist durch turnusmäßige Vor-Ort-Inspektionen charakterisiert. Die Bauwerke werden alle drei Jahre hinsichtlich Schäden untersucht und diese werden dokumentiert. Dieser analoge Prozess ist personalintensiv und Bauwerksanomalien können nur zeitdiskret erfasst werden. Alle Schäden, die die Sicherheit der Brücke gefährden und zwischen zwei Inspektionen auftreten, können nicht rechtzeitig berücksichtigt werden. Eine kontinuierliche Überwachung in Form eines Brückenmonitorings würde hier Abhilfe schaffen. Das Projektziel besteht daher in der Entwicklung einer Methodik, mit der ein Sensorkonzept für lebensdauerübergreifende Monitoringsysteme ausgelegt werden kann.
In der ersten Förderphase liegt der Forschungsschwerpunkt auf dem Verhalten der physikalischen Struktur und den entsprechenden physikalischen Größen, die mit Sensoren gemessen werden können. Das Arbeitsprogramm sieht zwei interagierende Ansätze vor. Zum einen werden mit einem clusterbezogenen Ansatz bestehende Brücken hinsichtlich ihrer kritischsten Schäden systematisch ausgewertet. Zum anderen wird ein objektbezogener Ansatz verfolgt, mit dem ein konkretes Bauwerk hinsichtlich der zu überwachenden physikalischen Größen analysiert wird. Dabei werden sowohl physikalisch basierte Finite-Elemente-Modelle als auch Machine-Learning-Methoden nutzende, datenbasierte Modelle bezüglich ihrer Eignung für die Entwicklung von Sensorkonzepten untersucht. Beide Ansätze münden in der Entwurfsmethode für ein Sensornetzwerk, das an der Nibelungenbrücke im rheinland-pfälzischen Worms validiert wird.
In Kooperation mit dem Zentralprojekt des SPP 2388 „Hundert plus“ wurden erste Sensorapplikationsorte für die Nibelungenbrücke festgelegt. Ein initiales Structural-Health-Monitoring wurde über die TU Dresden ausgeschrieben und extern vergeben. Das Sensorkonzept wird innerhalb des Teilprojektes sukzessive weiterentwickelt und verbessert.