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3. IHRUS Tagung
14. November 2013 Christian Meyer
Bahnbrücke Eglisau Monitoring an einer über 100 Jahre
alten Stahlbrücke in der Schweiz
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Bahnbrücke Eglisau
● Unsere Kompetenzen
● Das Projekt und seine Herausforderungen
● Messkonzept
● Eingesetzte Sensoren
● Ergebnisse
● Erfahrungen und Ausblick
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Unsere Kompetenzen
Automatisches 4D-Monitoring
•Deformationen
•Grundwasser
•Erschütterungen
•SHM-Monitoring
Geotechnische Bohrlochmessungen
•Deformationen
•Verlauf
•Zustand
Zerstörungsfreie Untersuchungen
•Bauwerksgeometrie
•Bewehrung & Vorspannkabel
•Pfahlprüfungen
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Unsere Dienstleistungen
● Entwurf und Planung
● Consulting
● Ausführung von Messungen
● Durchführung von Installationen
● Vermietung von Messsystemen
● Messtechnische Systemlösungen
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Bahnbrücke Eglisau
● Unsere Kompetenzen
● Das Projekt und seine Herausforderungen
● Messkonzept
● Eingesetzte Sensoren
● Ergebnisse
● Erfahrungen und Ausblick
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Das Bauwerk
● Erbaut 1895 bis 1897
● Eingleisige Brücke über den Rhein
● Strecke der SBB von Zürich nach Schaffhausen
● ICE Linie 87 von Zürich nach Stuttgart
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Ausgangslage
● Überprüfung 2001 bis 2003: Statische Ausnutzung der Stahlkonstruktion ist sehr hoch
Die Trag- und Ermüdungssicherheit konnte für einige Bauteile rechnerisch knapp nicht nachgewiesen werden
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Projektziele
Ermittlung des Tragverhaltens anhand von Messergebnissen
Nachweis der Trag- und Ermüdungssicherheit
Abschätzung der Restlebensdauer
Optimiertes Instandsetzungsprojekt (sofern notwendig)
Monitoring-Erfahrungen für die Überprüfung von ähnlichen Brücken
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Projektteam
• Prüfung und Optimierung des Messkonzeptes
• Definition des Berechnungsmodells
• Bewertung der Messdaten / Statische Berechnungen
• Aussagen zur Tragsicherheit und Ermüdungssicherheit
• Dokumentation
Fachexperte konstruktiver Ingenieurbau
Max Bosshard
Flückiger & Bosshard AG
• Lieferung, Montage und Demontage der Messtechnik
• Planung und Durchführung der Lastversuche
• Durchführung und Auswertung der Messungen
• Dokumentation
Fachexperte Monitoring
Christian Meyer
terra monitoring ag
• Fachspezialist Bauwerkserhaltung / Bauwerksermüdung Prof. Dr. Eugen Brühwiler
• Fachspezialist Bauwerksermüdung und Brückenbau Dr. Marcel Tschumi
Berater / Experten
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Technische Eckdaten
Messungen über mindestens 1 Jahr
Messungen bei laufendem Betrieb
Hohe Verfügbarkeit des Systems (7/24)
Verformungen von 5 µm/m bis 500 µm/m
Messfrequenzen bis 200 Hz
Parallele Messung mit über 150 Sensoren
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Bahnbrücke Eglisau
● Unsere Kompetenzen
● Das Projekt und seine Herausforderungen
● Messkonzept
● Eingesetzte Sensoren
● Ergebnisse
● Erfahrungen und Ausblick
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Ziel der Messungen Erfassung von Spannungsdifferenzen bei Zugfahrten
● Anzahl der Spannungsdifferenzen kumuliert über die Zeit
● Betrag der Spannungsdifferenzen
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Messkonzept - swissMon
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Datenerfassung
Report
• min. Wert• max. Wert
• RMS• Rainflow
AutomatischeDatenauswertung
Ereignis
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Datenauswertung
Visualisierung
Messung (Ereignis)
Auswertung (Rainflow)
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Bahnbrücke Eglisau
● Unsere Kompetenzen
● Das Projekt und seine Herausforderungen
● Messkonzept
● Eingesetzte Sensoren
● Ergebnisse
● Erfahrungen und Ausblick
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Sensoren
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Auswahlkriterien DMS
• Einsatz einer baustellentauglichen schnellen Befestigungsmethode Wirtschaftlichkeit
• Verlagerung der sensiblen Arbeitsschritte in die Fabrikationsbereiche des Sensorherstellers (Laborbedingungen)
• Endmontage des Sensors auf der Baustelle
Qualität
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Eigenschaften DMS
Wasserdicht gekapselt
• Es erübrigen sich die erforderlichen Arbeitsgänge zur Versiegelung
Kabelapplikation nicht erforderlich
• Sensor ist werksseitig mit einem geschirmten Kabel ausgestattet .
Vollbrücken-DMS
• Direkter Anschluss an ein Messinstrument (Messungen jederzeit möglich).
• Lokale Temperatureffekte werden weitestgehend ausgeschlossen
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Befestigung DMS
Punktheftverfahren:
Weniger Arbeitsschritte als bei geklebten DMS
Reduzierung Zeitaufwand für Installation pro Sensor
Elektrode DMS
Kabel
Prüfobjekt
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Systemvalidierung
Positionierung von Lasten an
definierten Stellen
Messung der auftretenden
Beanspruchungen
Vergleich der Messergebnisse
mit dem statischen Modell
Anpassung des Modells
Anpassung des Messkonzeptes
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Bahnbrücke Eglisau
● Unsere Kompetenzen
● Das Projekt und seine Herausforderungen
● Messkonzept
● Eingesetzte DMS
● Ergebnisse
● Erfahrungen und Ausblick
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Histogramm der Spannungsdifferenzen
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Nachweis
Alle Spannungs-differenzen liegen
unter der Dauerfestigkeit
Gesamtschaden < 1.0
Abschätzung Restnutzungsdauer
N [log]
Δσi
Wöhlerkurve
N = C ·Δσ-m
m1
Dauerfestigkeit 𝐷𝑖,𝑘 ≤ 1.0
2011
𝑘=1940
ist erbracht wenn:
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Schadensakkumulation
Berechnung kumulierter
Schaden
Di
für jede Messstelle &
jeden Zeitraum in der Messperiode
Verkehrsmenge
G
für Messperiode ist bekannt
Ermittlung kumulierter
Schaden an jeder Messstelle für die
früheren Jahre
Gesamtschaden pro Messstelle
G2010 ≙ Di, 2010
G2009 ≙ Di, 2009
…..
G1940 ≙ Di, 1940
𝐷𝑘
2011
𝑘=1940
2011:
58’298 Züge 159 Züge/Tag
23x106 t 4 terrabyte Daten
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Ergebnis ● Für ein Grossteil der Bauteile konnte der Nachweis der Dauerfestigkeit
erbracht werden
● Für die übrigen Bauteile musste der Nachweis mittels Schadensakkumulation erbracht werden
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Schlussfolgerung
● Die Brücke kann über einen Zeitraum von mindestens 50 Jahren weiter genutzt werden
● Es sind lediglich kleinere konstruktive Massnahmen erforderlich
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Bahnbrücke Eglisau
● Unsere Kompetenzen
● Das Projekt und seine Herausforderungen
● Messkonzept
● Eingesetzte DMS
● Ergebnisse
● Erfahrungen und Ausblick
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Fazit
● Mit einer Kombination aus messtechnisch abgesicherten Parametern in Kombination mit klassischen Berechnungsverfahren konnte die Trag- und Ermüdungssicherheit der Brücke nachgewiesen werden
● Messkonzept hat sich bewährt
● Geringe Zahl an Fehlmessungen
● Hohe Verfügbarkeit des Systems
● Kein Sensorausfall
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Ausblick
● Bei Anwendung des Verfahrens kann erwartet werden, dass zukünftig der Aufwand für Erhaltungsmassnahmen reduziert werden kann
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Ahornweg 3 CH – 5504 Othmarsingen
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