Monitoringbasierte Lebenszeitabschätzung von Betonstrukturen. Forschungsprojekt MOSES: Fid-Bau Portal

Monitoringbasierte Lebenszeitabschätzung von Betonstrukturen. Forschungsprojekt MOSES

Urban, Susanne / Wagner, Richard / Strauss, Alfred / Reiterer, Michael / Dehlinger, Christian / Bergmeister, Konrad

Um Bauwerke bis zu ihrem wirklichen Lebensende zu nutzen, ist es von großer Bedeutung, den aktuellen Grad der Schädigung einer Struktur bestimmen zu können. Mithilfe der zurzeit gültigen Nachweis- und Bemessungskonzepte (z. B. CEB-FIP Model Code 2010) ist dies nicht möglich. Ein gangbarer Weg, den Schädigungsgrad einer Betonstruktur vor Ort zu bestimmen, ist der Einsatz von zerstörungsfreien Prüfmethoden (Monitoring). Dieser Bereich ist allerdings noch nicht zur Gänze erforscht. Das konstante Monitoring von der Entstehung eines Bauwerks bis hin zu dessen Lebensende wird als eine vielversprechende Möglichkeit der Lebenszeitabschätzung gesehen. In diesem Beitrag werden Ermüdungsversuche an Betonprüfkörpern, begleitet mit konstantem Monitoring durch Ultraschall- und Körperschall-Sensoren, näher betrachtet und ein möglicher Weg zur Bestimmung des Schädigungsgrades und der Lebenszeitabschätzung aufgezeigt. Es sind Offshore-Gründungsstrukturen für Windenergieanlagen sehr hohen Lastwechselzahlen unterworfen, welche aus den ständigen und zyklischen Wind-, Wellen- und Anlagenlasten herrühren. Die Strukturen sind hochdynamisch beansprucht und somit ist auch die Betonermüdung ein sehr großes Thema. Das Monitoring-System kann eingesetzt werden, um den Schädigungsgrad der Betonstruktur in den hochbelasteten Bereichen feststellen zu können. Es müssen vorher die für die Tragfähigkeit der Struktur entscheidenden Bereiche lokalisiert werden, um diese dann ausreichend mit Sensoren zu instrumentieren. Da alle Strukturen im Offshore-Bereich durch Salzwasser und den Wellenschlag in der Wasserwechselzone einem hoch korrosiven Milieu ausgesetzt sind, besteht der Bedarf, die Sensoren konstruktiv robust auszubilden. Auch im Unterwasserbereich ist der Bewuchs von Meeresfauna, wie Algen und Muscheln, ein nicht zu unterschätzendes Thema. Alle Sensoren müssen so konstruiert sein, dass sie mindestens 30 Jahre überdauern und funktionstüchtig bleiben. Dies ist zum heutigen Zeitpunkt noch nicht möglich. Ein weiterer möglicher Einsatzbereich des Monitoring- Systems sind Monitoring- und Inspektionsstrategien für bestehende Tragstrukturen, insbesondere Brücken, eingesetzt, um die Zuverlässigkeit einer Struktur (Tragsicherheit und Gebrauchstauglichkeit) und damit die Sicherheit des Verkehrs auf der Tragstruktur zu beurteilen und bewerten zu können. Mit dem gemessenen Schädigungsgrad (Änderung des E-Moduls) können Lastumlagerungen mithilfe eines FE-Modells simuliert werden und somit das FE-Modell im Laufe der Lebenszeit des Bauwerks Schritt für Schritt angepasst werden. Auch kann mit Zunahme der Lebenszeit eine Prognose über die verbleibende Restlebenszeit mit probabilistischen Einflüssen aus Lastzyklen gegeben werden. Bei allen Untersuchungen und Einschätzungen von Bauwerken ist es von erheblichem Vorteil, eine Nullmessung, also eine Messung im ungeschädigten Zustand des Bauwerks, durchzuführen. Nur so kann mit erheblicher Genauigkeit der Grad der Schädigung festgestellt werden. Bei Brücken im Bestand mit ca. 80-90-jähriger Lebenszeit ist es schwierig, den aktuellen Schädigungsgrad ohne weitere Hintergrundinformationen festzustellen.