Monitoring

Zur sicheren Beurteilung der Tragfähigkeit, Gebrauchstauglichkeit und Dauerhaftigkeit von Bestandsbrücken ist ein belastbares Rechenmodell unerlässlich.

Bei Überwachungen und Belastungsversuchen werden meist nur äußere Reaktionen wie Verformungen gemessen, nicht aber die inneren Zustände des Tragwerks. Diese sind jedoch wichtig für die Beurteilung von Sicherheit, Gebrauchstauglichkeit und Dauerhaftigkeit.

Durch Systemidentifikation können mithilfe von Messdaten die Modellparameter so angepasst werden, dass das Tragverhalten realistisch dargestellt wird. Erst dadurch lassen sich die inneren Zustände korrekt ermitteln.

Im folgenden Beispiel kommt ein neues Verfahren zur Modellanpassung zum Einsatz, das evolutionäre Algorithmen zur Lösung des inversen Problems verwendet.

Beispiel Einfeldbalken

In diesem Beispiel wird an dem abgebildeten Einfeldbalken eine abschnittsweise Schädigung simuliert.

Die Aufgabe besteht nun darin, den Verlauf des Elastizitätsmoduls über die Länge des Balkens so zu bestimmen, dass die Differenz zwischen den gemessenen Verformungen infolge der Belastung und den berechneten Verformungen minimiert wird und so der geschädigte Bereich identifiziert wird.

Der abgebildete Balken zeigt den geschädigten Bereich sowie die Lage 'Sensoren' für die Verformungsaufnahme (Messstellen MS1-4).

Mit den Systemabmessungen, der Last und den oben aufgetragenen Verformungen an den Sensoren startet nun der 'FEM-Updating-Algorithmus'. Ziel ist es, den Verlauf des E-Moduls zu bestimmen.

Die obige Abbildung zeigt den Verlauf des E-Moduls entlang der Trägerlänge, wie er durch den Algorithmus ermittelt wurde. Der Mittelwert des absoluten Fehlers beträgt E ≤ 10⁻⁶.  Der rekonstruierte Verlauf des E-Moduls stellt eine nahezu exakte Abbildung des gesuchten Schädigungsbereiches dar.

Beiträge:

6. Brückenkolloquium, TAE Esslingen, 1. und 2. Oktober 2024
Systemidentifikation zur realitätsnahen Abbildung von Bestandsbrücken: Überblick, Implementierung und Beispiele

11. European Workshop on Structural Health Monitoring, Potsdam, 10.-13. Juni 2024
Differential Evolution for Finite Element Model Updating: Algorithm and Application in Structural Analysis