| Zugriffsnummer | 18888 |
| Dokumenttyp | Dissertation |
| Peer Review | unbekannt |
| Sprache | Deutsch |
| Titel | Mehrkomponenten-Dehnungsaufnehmer für das Monitoring von Bauwerken |
| Autor(in); Institution |
Tegtmeier, Falk; 1.2, Festkörpermechanik, PTB-Braunschweig
|
| Quelle/Jahr | (2005), 184 S. |
| Dissertationsvermerk | Dissertation, Technische Universität Braunschweig, 2005 |
| URL | |
| Freie Schlagworte | Spannungsmessung ; Dehnungsmessung ; Bauwerksüberwachung ; Dehnungsmessstreifentechnik ; Kraftmesstechnik ; Messunsicherheitsbudget |
| Zusammenfassung | In der vorliegenden Arbeit wird über die Entwicklung eines neuartigen Sensors zur Langzeitmessung von Dehnungen in Bauwerken berichtet. Mit Hilfe dieses Sensors sollen die für eine langfristige Überwachung benötigten Informationen über den mechanischen Belastungszustand des Bauwerks ermittelt werden. Bei Veränderungen an der Bauwerkssubstanz spielen insbesondere lastbedingte Dehnungen eine große Rolle, die sich mittels Dehnungsmessstreifen (DMS) präzise erfassen lassen. Langzeitmessungen scheiterten jedoch in der Vergangenheit an der Empfindlichkeit der DMS gegenüber klimatischen Einflüssen. Die Applikation der DMS an einem Bauwerk ist zudem sehr aufwendig. Im Rahmen dieser Arbeit wurde erstmalig ein gekapselter Aufnehmer entwickelt, mit dem die Dehnungszustände im Inneren der Baukonstruktion gemessen werden können. Die innerhalb des Sensors untergebrachte, empfindliche DMS-Technik ist dabei vor Umwelteinflüssen geschützt, was eine hohe Lebensdauer ermöglicht. Da vergleichbare Messverfahren aus der Vergangenheit nicht bekannt sind, musste zunächst ein geeignetes Sensorprinzip gefunden und auf seine Eigenschaften untersucht werden. Eine umfassende Analyse verschiedener Adaptionskonzepte führte schließlich zur optimalen Form als vieleckiger, vorgespannter Federkörper. Die Erzeugung der für die Fixierung im Bauwerk notwendigen Vorspannung wird dabei durch den Aufbau aus zwei ineinander verspannten, gleichsinnig konischen Körpern ermöglicht. Ein eigens für das kompakte Sensordesign entworfener Mehrfachgitter-DMS ermöglicht mit seinen drei Wheatstone'schen Brückenschaltungen die Messung aller drei unbekannten Komponenten des ebenen Dehnungszustands. Um den DMS im Sensorinneren auch über Jahre vor klimatischen Einflüssen zu schützen, wurde eine geeignete Kapselung entwickelt und in Langzeituntersuchungen erprobt. Speziell erstellte Prüfverfahren erlauben dabei eine zuverlässige Lebensdauerprognose. Die auf diesem Wege validierte, neuartige Kunststoffkapselung hat eine prognostizierte Lebenserwartung von bis zu 70 Jahren. Mit Hilfe eines speziellen Kalibrierkörpers lässt sich eine Übertragungsmatrix zwischen den Dehnungskomponenten und den Messsignalen bestimmen. Die Einsatzfähigkeit des Sensors für die Bauwerksüberwachung wurde an Ersatzbauwerken durch experimentelle Simulationen typischer Schadensszenarien überprüft. Dabei konnten Schäden schon im Frühstadium erkannt werden. Die Messunsicherheiten des entwickelten Sensors werden durch ein Messunsicherheitsbudget entsprechend GUM quantifiziert. Der Sensor erreicht eine maximale relative Standardmessunsicherheit von 1,7 % bei einer Auswertung bezüglich der Dehnungen bzw. 0,45 % beim direkten Vergleich der Messsignale zweier Sensoren (Differenzmessverfahren). Der Sensor ist inzwischen patentiert und wird zukünftig von einem Lizenznehmer gefertigt und kommerziell vertrieben. |
