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Anwendungen

Je nach Zielsetzung der Überwachung gibt es im Lebenszyklus von Bauwerken verschiedene Anwendungsmöglichkeiten für Messtechnik. Bereits in der Planungsphase gibt es wichtige Messaufgaben und selbst im Rahmen des Rückbaus gibt es vielfältige sicherheitsrelevante Aufgabenstellungen. Dabei kann es sich um kurzzeitige Messungen, Langzeitmessungen oder Dauermesskampagnen handeln.

Abnahmemessungen (Nullmessungen),
Designverifizierung und
Sonderfall Wirksamkeit von Erhaltungsmaßnahmen

Zwischen Bauende und Verkehrsfreigabe kann es sinnvoll sein zu überprüfen, ob das neue Bauwerk dem Design entspricht und wo es Abweichungen gibt. Gemessen werden Bauwerksgeometrie (Drohne, Geodäsie), statische Parameter wie Verformungen und Neigungen (Totlasten) und dynamische Kenngrößen… Moden, Schwing- und Dämpfungsmaß (auch unter Verkehr möglich). Durch Vergleich mit den zugrundeliegenden Modellen kann abgeschätzt werden, welche langfristigen Auswirkungen die Abweichungen auf Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit haben.

Ein Sonderfall ist die Überprüfung der Wirksamkeit baulicher Veränderungen. Empfehlenswert ist eine baubegleitende Messung, damit Vorher-/Nachher-Vergleiche den Erfolg von Baumaßnahmen dokumentiert. So kann beispielsweise bestimmt werden, ob eine im Winter nachträglich aufgebrachte Vorspannung zum Überdrücken offener Koppelfugen auch im Sommer ihre volle Wirksamkeit behält (therm. Dehnung des Stahls).

Lastmonitoring

Nicht geplante Lasten (Überlasten) können zu Schäden führen. Daher werden Lasten oft zur Beweissicherung oder zum Schutz vor Folgeschäden ermittelt. Häufig treten Verkehrsüberlasten auf, aber auch Anprall (überwiegend im Schiffsverkehr), unerwartete thermische Lasten durch einseitige Sonneneinstrahlung oder Verschattung sowie zunehmend Wind-, Schnee- und Wasserlasten. Diese zwingen Betreiber zu verkehrssteuernden oder baulichen Eingriffen. An Gebäuden treten im Rahmen von Baumaßnahmen Erschütterungen / Schwingungen (Sonderfall Sprengung) als Lastfälle auf.

Während Temperatur- und Schneelasten niederfrequent erfasst werden, werden Verkehrs- und Windlasten sowie Erschütterungen dynamisch gemessen. Verkehrslasten können durch dynamische Waagen (Sperrung, Installation in die Straße) oder durch Verformungsmessungen an Brückenstrukturen gemessen werden. Ist die Installation der Sensorik unterhalb des Bauwerks ohne Sperrung möglich, ist nur eine kurze Sperrzeit zur Kalibrierung der Messstellen vorzusehen.

Ergänzung der periodischen Prüfungen/Inspektionen

Die messtechnische Bauwerksüberwachung liefert vor allem den prüfenden Ingenieuren wichtige Zusatzinformationen. Vor allem Änderungen des dynamischen Verhaltens geben Auskunft über mögliche Veränderungen im Innern des Bauwerks, welche durch die visuelle Prüfung nicht zu sehen sind (beispielsweise Versagen von Spanngliedern, innenliegende Risse und Brüche ec.).
Aber auch die Befliegung mit Drohnen liefert zusätzliche Informationen, insbesondere von schwer zugänglichen Orten. Auf großen Flächen ist die kamerabasierte Risssuche dazu schneller, präziser und wirtschaftlicher.

Schadensmonitoring

In der Regel wird Schadensmonitoring eingesetzt, um den Verlauf bereits bestehender Schäden zu beobachten (zum Beispiel Rissmonitoring). Grund hierfür ist, dass viele Sensoren nur messortgebunden sensitiv sind. In neuester Zeit bieten zum Beispiel bildgebende Verfahren (Drohnen) oder flächensensitive Sensoren (Schallemission) die Möglichkeit, das Entstehen neuer Schäden zuverlässig zu detektieren. Oft lassen sich Schäden über Hilfsgrößen erkennen (Verformung bei Spanngliedversagen).

Messtechnische Unterstützung bei der Nachweisführung (Nachrechnung)

Die Nachrechnung von Brücken gemäß Nachrechnungsrichtlinie (NRR) erfolgt in 4 Stufen. Sie dient dem Nachweis der Tragfähigkeit, der Ermüdung und der Gebrauchstauglichkeit.

  • Stufe 1: ausschließliche Nachweisführung nach den DIN-Fachberichten 102 bis 104 bzw. nach den Eurocodes DIN EN 1992 bis 1994 und 1996, DIN 1053-100 für Mauerwerk
  • Stufe 2: berücksichtigt spezielle, die Stufe 1 ergänzende Regelungen der Nachrechnungsrichtlinie
  • Stufe 3: berücksichtigt am Bauwerk ermittelte Messergebnisse, kann der Validierung des gewählten Tragmodells dienen
  • Stufe 4: schließt wissenschaftliche Methoden zum Nachweis ausreichender Tragsicherheit ein

Sind die Nachweise nach Stufe 1 und 2 der NRR nicht zu führen, werden also Messwerte für die Zustandsbestimmung herangezogen. Die Messkampagnen werden aufgaben- und nachweisbezogen initiiert (z.B. Verbindungsnachweise, Beulnachweise,…).

Bauzustandsüberwachung, Bauwerkssicherung (Neubau, Erhaltung, Rückbau)

Um einen sicheren Bauablauf zu gewährleisten, werden temporäre Bauphasen statisch nachgerechnet. Insbesondere bei neuen Technologien und Materialien oder komplexen Strukturen bietet sich eine messtechnische Begleitung kritischer Bauphasen an. Vorteilhaft ist die Begleitung des Rückbaus alter, meist stark geschädigter Bauwerke, da der Zustand der Bausubstanz dieser Bauwerke schwer zu beurteilen ist (zum Beispiel Seilbrücken). Die Messergebnisse können dann über den zusätzlichen Einsatz von Hilfskonstruktionen entscheiden.

Ein Sonderfall ist die messtechnische Begleitung von Sprengungen (Beweissicherung). Sie dient dem Schutz benachbarter Gebäude und Anlagen.

Asset Management

In der Praxis werden Daten erhoben, die für die effiziente Bewirtschaftung der Bauwerke von Bedeutung sind. Dies können Zustandsdaten von Komponenten (Tore, Lager, ÜKO’s), Bauwerksteilen (Überbau, Gründung, …) oder auch globale Parameter der Gesamtstruktur sein.

Da man auch von Lebenszyklus-Management spricht, handelt es sich meist um Dauermessungen. Meldungen und Alarme lösen entsprechende Folgeaktivitäten aus. Die Daten werden genutzt, um Wartungszyklen zu optimieren sowie Reparatur- und Austauscharbeiten zu koordinieren.

Die vorbeugende Wartung ist ein wichtiges Instrument zur Kostensenkung, da Folgeschäden vermieden, Wartungszeiten minimiert und die Lebensdauer maximiert werden. Ziele von Asset Management sind hohe Verfügbarkeit und störungsarmer Betrieb.