Grundlagen der Bauwerksüberwachung und geotechnischen Prüfungen

Die grundlegende Stabilität und dauerhafte Sicherheit unserer Infrastruktur, einschließlich Brücken, Tunnel, Hochhäuser und Dämme, hängt von der genauen und zuverlässigen Messung von Kraft, Drehmoment und Gewicht ab. Tatsächlich erfordert jede Konstruktion hochpräzise Messungen und Überwachungen, um ihre Stabilität zu gewährleisten.

Wägezellen, Lastmessbolzen und Drehmomentaufnehmer sind unverzichtbare Instrumente, auf die sich Bauingenieure verlassen, um die Integrität der Konstruktion zu überprüfen, die Bauqualität sicherzustellen und frühe Anzeichen von strukturellen Schäden zu erkennen.

Bauwerke sind ständig einer Vielzahl von Kräften ausgesetzt. Die Eigenlasten, die zur Stabilisierung des Bauwerks beitragen, basieren auf dem tatsächlichen Gewicht des Bauwerks. Die Nutzlasten durch Verkehr, Bewohner und Fracht variieren ständig. Hinzu kommen extreme Umweltbelastungen durch Wind, seismische Aktivitäten und Wasserdruck, sodass bei der Beurteilung der strukturellen Integrität viele Faktoren zu berücksichtigen sind.

Der Hauptgrund für den Einsatz präziser Lösungen zur Kraft-, Gewichts- und Drehmomentmessung besteht darin, Sicherheit und Zuverlässigkeit zu gewährleisten, indem sichergestellt wird, dass die Komponenten innerhalb der sicheren Konstruktionsgrenzen bleiben. Genaue Messungen sind für die Konstruktionsvalidierung, den Vergleich der tatsächlichen Kräfte mit den Materialreaktionen und die Bewertung theoretischer Modelle von entscheidender Bedeutung. Die Aufrechterhaltung der strukturellen Integrität erfordert eine kontinuierliche Überwachung, die als Structural Health Monitoring (SHM) bezeichnet wird. Die Überwachung ist für die vorbeugende Wartung unerlässlich, da sie allmählich auftretende Probleme wie Ermüdung oder Setzungen lange vor einem Ausfall erkennt.

Schnittstellensensor-Technologien wandeln mechanische Kraft in ein messbares elektrisches Signal um. Wägezellen sind Allzweck-Messwandler, die Kraft in Druck- oder Zugrichtung messen. Die wichtigsten Messgrößen sind Gewicht, Last und Kraft bei Druck oder Zug. Lastmessbolzen ersetzen Gabelköpfe oder Scherstifte, um die Kräfte an Schäkeln oder Verbindungsstellen zu messen. Sie messen in der Regel die Zug- oder Scherkraft in Konstruktionen. Drehmomentaufnehmer messen die Drehkraft und werden häufig zur Überprüfung der Spannung in Schraubverbindungen und zur Bestimmung der erforderlichen Befestigungsspannung eingesetzt.

Diese Sensoren benötigen einen Ort, an den sie das Signal senden können. Hier kommt die Instrumentenpaarung ins Spiel. In der Regel werden diese Messtechnologien über Kabel oder drahtlos mit Verstärkern und Datenerfassungssystemen verbunden. Diese Instrumente werden für die Signalaufbereitung, Datenerfassung, Speicherung von Messwerten, Alarmgenerierung und drahtlose Übertragung verwendet.

Arten von strukturellen Tests und Anwendungsfällen für die Überwachung

• Tragfähigkeits- und Pfahlprüfungen
• Anker- und Rückhaltestärkeprüfungen und -überwachung
• Baugeschwindigkeitsprüfungen
• Seismische und dynamische Lastüberwachung
• Überprüfung der Integrität von Bolzen und Befestigungselementen
• Kabelspannungsmessung
• Materialprüfung
• Überwachung von Wand- und Tunnelkonstruktionen
• Überwachung von Verankerungen
• Ermüdungsprüfungen

Strukturtests und strukturelle Zustandsüberwachung (SHM) sind in hohem Maße von Messsensoren abhängig, was in erster Linie auf die Notwendigkeit zurückzuführen ist, alternde zivile Infrastruktur zu erhalten und gleichzeitig weltweit widerstandsfähige, intelligente Strukturen zu bauen.

Wie Kraftsensoren in geotechnischen Anwendungen eingesetzt werden

Die Geotechnik befasst sich mit dem mechanischen Verhalten von Bodenmaterialien und den damit in Wechselwirkung stehenden Bauwerken. Präzisionskraftsensoren sind für die Überprüfung der Fundamentstabilität und der Bodenabstützung unverzichtbar.

Die Pfahlbelastungsprüfung wird vor Baubeginn durchgeführt, wobei Wägezellen wie die Modelle „Column“ oder „LowProfile Compression-Only“ von Interface zum Einsatz kommen, die zwischen einem Hydraulikheber und dem Pfahlkopf positioniert werden. Sie messen die maximale Druckkraft, der ein Fundamentpfahl standhalten kann, und bestätigen so seine maximale Tragfähigkeit. Weitere Informationen finden Sie in unserem Anwendungshinweis zur statischen Belastungsprüfung von Betonpfählen.

Bei Projekten mit tiefen Aushubarbeiten oder Stützmauern ist eine Überwachung der Bodenanker und Rückhaltesysteme erforderlich. Für diese Anwendungen sind Lastscheiben-Wägezellen von Vorteil. Diese Sensoren werden an den freiliegenden Enden von Bodenankern oder Felsbolzen installiert, um die aufgebrachte Zugkraft kontinuierlich zu messen. Dadurch wird sichergestellt, dass die Stützkonstruktionen die erforderliche Vorspannung aufrechterhalten, um Erdbewegungen zu verhindern.

Stützmauern und Tunnelstützen verwenden Kraftmessdosen und Kraftmessbolzen, die an Stahlverstrebungen und Tunnelrippen angebracht sind, um die vom umgebenden Gestein oder Boden ausgeübte Druckkraft zu messen und so sicherzustellen, dass die Tunnelauskleidung während und nach dem Bau stabil bleibt.

Wie Kraftsensoren bei der Strukturüberwachung und -prüfung eingesetzt werden

Technologien zur Messung von Schnittstellenkräften sind ebenfalls in die physische Struktur integriert, sowohl für Tests als auch für die Langzeitüberwachung der bebauten Umgebung, insbesondere von Brücken und großen Gebäuden.

Die Belastungsprüfung von Trägern ist für die Beurteilung der Qualität von Bauteilen von entscheidender Bedeutung. Die WTS Wireless LowProfile™-Kraftmessdose von Interface wird in einem Materialprüfstand installiert. Während ein hydraulischer Aktuator einen Träger bis zum Versagen belastet, misst die Kraftmessdose die genaue Kraft. Gleichzeitig überträgt ein LDVT-Sensor lineare Verschiebungsdaten über einen drahtlosen Spannungssensortransmitter WTS-AM-2, um die Verformung des Materials zu verfolgen. Dadurch erhalten Ingenieure das vollständige Last-Verschiebungs-Profil des Materials und können die Elastizitätsgrenze und die Bruchfestigkeit bestimmen.

Die Integrität von Schrauben und Befestigungselementen wird mit Drehmomentaufnehmern überprüft, die Elektrowerkzeuge präzise kalibrieren, um kritische Schrauben an Stahlkonstruktionen oder Kränen festzuziehen. Die Daten stellen sicher, dass die richtige Drehkraft angewendet wird, um die strukturelle Integrität zu gewährleisten. Lastmesszellen werden häufig direkt unter einer Mutter oder einem Schraubenkopf platziert, um die resultierende Klemmkraft (Spannung) in der Verbindung zu messen – ein wichtiger Schritt bei der Qualitätskontrolle im Bauwesen.