Entwicklung und Umsetzung eines Systems zur autonomen Schwingungsanalyse: Fid-Bau Portal

Entwicklung und Umsetzung eines Systems zur autonomen Schwingungsanalyse

Buff, Hendrick / Friedmann, Andreas / Mayer, Dirk

Die Analyse der Schwingungseigenschaften von Bauwerken stellt eine wesentliche Grundlage für die Erzeugung abgeglichener numerischer Modelle, der Auslegung von schwingungsmindernden Maßnahmen und nicht zuletzt der Diagnose des Zustands der Struktur dar. Für Verfahren, die im Rahmen einer Dauerüberwachung Schäden in der Struktur aus strukturdynamischen Parametern ermitteln ist allerdings ein System, welches mit möglichst geringem Aufwand an Messtechnik und Datenverarbeitung aus Schwingungssignalen die benötigten Parameter (selbsttätig) zur Verfügung stellt, erforderlich. In dieser Arbeit wird daher die Entwicklung eines derartigen Systems vorgestellt, wobei ein Aspekt die Ermittlung optimaler Sensorpositionen ist. Weiterhin werden Algorithmen zur on-line Datenvorverarbeitung dargestellt, die die Komplexität des Überwachungssystems verringern und die anfallenden Datenmengen bei einer Langzeitüberwachung schon während der Datenerfassung beherrschbar machen. Die Ermittlung der Schwingungseigenschaften erfolgt mit Hilfe der Random Decrement Methode (RDM). Bei dieser Methode werden über die getriggerte Mittelung von im Betrieb aufgenommenen Schwingungen Kreuz- und Autokorrelationen geschätzt, die dann wiederum als Eingangsdaten für eine Operational Modal Analysis (OMA) dienen. Für die Datenerfassung wird ein Netzwerk aus Beschleunigungssensoren an der Struktur angebracht. Einige der Aufnehmer werden als Trigger genutzt, das heißt, dass Sie ab einem vorher festgelegten Beschleunigungswert die Messung des kompletten Netzwerks starten. Die Auswahl der Sensorpositionen für Trigger- und Messknoten muss über zwei Ansätze erfolgen. Die Triggerknoten werden mit Hilfe des aus der Regelungstechnik bekannten Steuerungsindexes bestimmt. Für die Auswahl der Messknotenpunkte wird eine Variante der Effective Independence (El) genutzt, welche über die lineare Unabhängigkeit von Eigenvektoren iterativ die besten Sensorpositionen aus einem Set von möglichen Messstellen bestimmt. Im aktuellen Fall wurde das System an einer Fußgängerbrücke (siehe Bild 1) installiert und getestet. Die benötigten Eingangsdaten wurden mit einer Experimentellen Modal Analyse (EMA) gewonnen. Die dargestellten Methoden zur Sensorpositionierung lassen sich aber auch mit Ergebnisse aus numerischen Simulationen durchführen.