| Forschungsbericht 1997 - 1999 | ||
| Forschungsbericht Fachbereich 11 | Fachbereich 11: Bauingenieurswesen |
Lokalisierung schwingungsbedingter Risse im Stahlbeton mit Hilfe der experimentellen Parameteridentifikation
Dr.-Ing. H. Giese 1), Dipl.-Ing. A. Kayser 1), cand.-Ing. L. Jedenat 1), cand.-Ing. L. Heinen 1), Dipl.-Ing. S. Pospisil 2), Dipl.-Ing. S. Urushadze 2), Dr.-Ing. Z. Zembaty 3), Dipl.-Ing. M. Kowalski 3), Laboratorium: ISMES, Bergamo (Italien)
1) BUGh Wuppertal, 2) Akademie der Wissenschaft Prag (Tschechoslowakei), 3) Technische Universität Opol (Polen)
Strukturen des Bauwesen sind statischen und dynamischen Belastungen (Wind, Erdbeben und Verkehr) ausgesetzt, die zu einer Schädigung und somit zu einer Änderung der dynamischen Eigenschaften führen. Die Beobachtung von dynamischen Strukturparametern (Monitoring) im Gebrauch befindlicher Bauwerke ist ein sinnvolles Werkzeug, um den aktuellen Zustand zu kontrollieren. Dieses Verfahren stellt eine Standardtechnik im Maschinenbau dar (z.B. Kraftwerksturbinen) und wird zur Zeit in Bereichen des Bauwesens erprobt.
Um eine Korrelation zwischen dem Schädigungsgrad und der Änderung dynamischer Eigenschaften einer Struktur zu erhalten, sind experimentelle Untersuchungen an einem Stahlbeton-Gebäudemodell erforderlich Ein wichtiges Werkzeug zur Analyse dynamischer Struktureigenschaften stellen Experimente mit einem Schwingungstisch dar, der eine Simulation unterschiedlicher Anregungsarten ermöglicht. Ein an die gemessenen Daten angepaßtes FE-Modell liefert zusätzlich einen Aufschluß über die Änderung der Systemeigenschaften bei einer lokalen Schädigung und Informationen für eine Lokalisierung von Rissen. Die Entwicklung und Akkumulation von Rissen wird anhand einer biaxialen seismischen Anregung eines Gebäudemodells untersucht.
Hierzu werden zwei Gebäudemodelle (ein Stockwerk) aus Stahlbeton mit den Abmessungen 3.4 m x 3.4 m x 4.2 m und einem Gewicht von 12.2 t auf dem MASTER-Schwingtisch (Multi-Axial Shaking Table) des Instituts ISMES, Bergamo (Italien) getestet. Die Modelle sind aus C25/30 Beton nach EC2 und mit einem Bewehrungsanteil von 0.01 gefertigt. Die Steifigkeit der Stützen und die Position einer exzentrischen Masse auf der Decke sind so gewählt worden, daß sich klar getrennte Eigenformen ergeben.
Zur Messung werden 13 Dilatometer (Weggeber) an den Übergangsbereichen Fundament-Stützen, 18 Beschleunigungsgeber, verteilt über zwei Säulen, und ein Geber auf der Decke verwendet. Die Struktur wird einer biaxialen horizontalen seismischen Anregung mit stufenweise ansteigenden Lastniveaus von –12 dB (2.5% g) bis 16 dB (63.1 % g) unterworfen. Nach jedem Lastniveau folgt eine Lokalisierung der Risse sowohl auf visuelle Weise als auch mit einem Ultraschallverfahren. Daraufhin folgen Meßreihen mit einer Sinus-Sweep-, einer Random- und einer seismischen (EC8 Erdbeben) Anregung jeweils in den beiden horizontalen Richtungen bei einem niedrigen Lastniveau (-12 dB), um verschiedene Methoden der Parameteridentifikation anzuwenden. Der Sinus-Sweep wird mit steigender und fallender Frequenz durchgeführt, um Nichtlinearitäten zu bestimmen und die Relevanz einer linearen Modellierung aufzuzeigen.
Schlagworte: Numerische Strukturmechanik, Baudynamik, Risslokalisation, Messtechnik, Finite Elemente, Modalanalyse, Parameteridentifikation
Laufzeit: 11/97-06/99Finanzierung: Europäische Union (TMR-Projekt)
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