Dehnungsmessung an einer Spannbetonbrücke mit Faser-Bragg-Gitter-Sensoren: Fid-Bau Portal

Dehnungsmessung an einer Spannbetonbrücke mit Faser-Bragg-Gitter-Sensoren

Klink, T. / Meißner, J. / Slowik, V.

Bei langzeitiger Bauwerksüberwachung sind die Messungen kleiner Dehnungen wichtig. Dies ist durch einen neuartigen, faseroptischen, kalibrierungsfreien Sensor möglich. Der Sensor ist auf einem speziellen Träger aufgebracht und in einer Spannbetonbrücke in Höhe der Spannglieder einbetoniert. Die Kalibrierung erfolgte vor dem Einbau. Dehnungsmessungen erfolgten nach Aufbringen der Vorspannung und statischen Belastung. Bei den Faser-Bragg-Gitter-Sensoren wird das Bragg-Gitter in einer Monomode-Glasfaser durch viele winzige Reflexionsstellen erzeugt. In diesem optischen Gitter sind die Abstände konstant. Bei einem bestimmten Wert der Lichtwellenlänge kommt es zu einer konstruktiven Überlagerung, die bei der Transmission zu einer Verringerung und bei Reflexion zu einer Erhöhung der Lichtintensität führt. Bei Durchleitung eines breitbandigen Lichtes durch das Gitter wird ein Spektrum erzeugt. Die Brechzahl wird von der Temperatur und elastoplastischen Effekten beeinflußt. Die temperaturabhängige Verschiebung der Wellenlänge kann durch zusätzliche Temperaturmessungen eliminiert werden, so daß die Brechzahl in Relation zur Dehnung ist. Der Sensor hat den Vorteil, daß Dämpfungen an Kopplungsstellen und auf der Strecke sowie Alterungsprobleme keine Rolle spielen. Der Sensor ist langzeitstabil, hat kleine Abmessungen und bewirkt im Beton nur geringe Störungen des Dehnfeldes. In einer Glasfaser können mehrere Sensoren mit unterschiedlicher Resonanzfrequenz sein, die alle durch ein Gerät ausgewertet werden können. Die Sensoren haben eine hohe elektromagnetische Unempfindlichkeit. Es existiert in der Glasfasertechnik bereits ein großes Angebot an fertigen Teilen, so daß die Installation kostengünstig ist. Da die Dämpfung keine Rolle bei den Messungen spielt, kann zwischen Sensor und Ankoppelstelle eine größere Entfernung liegen. Verschiedene Vorversuche und Messungen an Bauwerken wurden durchgeführt. Die Messungen der Betondehnung ergaben eine gute Übereinstimmung mit dem erwarteten Dehnungsmeßwert. Durch Langzeitstudien an Bauwerken kann die Sensormethodik noch verbessert werden. Im Labor sollte noch das Verbundverhalten von Glasfaser und Beton sowie deren chemische Verträglichkeit untersucht werden.