Application of fibre-optic sensors for measurements and for damage detection on structures: Fid-Bau Portal

Application of fibre-optic sensors for measurements and for damage detection on structures

Habel, W. / Hofmann, D.

Zum Auffinden und zur Messung von Beschädigungen an Bauwerken, insbesondere an Betonbrücken, werden faseroptische Sensoren (FOS) vorgestellt, die allein und in Kombination mit Widerstands-Spannungsmeßgeräten (WSM) eingesetzt werden. Die FOS (Länge ungefähr 10 mm, Durchmesser 0,45 mm) sind externe Fabry-Perot-Interferometer-Sensoren; ihre Auflösung liegt bei < 0.1 Mikrometer/m. Die erhaltenen elektronischen Signale werden digitalisiert. In einem ersten Versuch wird eine Brücke unter statischen und dynamischen Bedingungen druckbelastet (statisch: Belastung mit einem Autokran, der mit Geschwindigkeiten von 30 km/h und 60 km/h über verschiedene Fahrbahnen der Brücke fährt; dynamisch: Belastung durch eine größere Anzahl fahrender Lastwagen). Zur Messung werden ein FOS und ein WSM an einem verstärkenden Stahlstreben der Brücke angebracht. Als Ergebnisse werden eine natürliche Brückenschwingung von 2,10 Hz, ein Dämpfungsverhältnis von 1 % und eine Brückengrundschwingung unter dynamischen Belastungen (Verkehr) von 2,06 Hz gefunden. In einem zweiten Versuch wird ein verstärkter Betonpfeiler (Länge 2 m) zur Untersuchung der Deformation druckbelastet (Lastbereich: 100 kN bis 1200 kN). Die Messung erfolgt mit 4 FOS und 4 WSM (lineare Kompression), einem FOS (seitliche Spannung), einer Gleit-Mikrometersonde (Länge 2 m) und einem verseilten Gleitmikrometer (parallel zur Pfeilerachse). Als Ergebnis ist eine seitliche Krümmung des Pfeilers unter der Druckbelastung feststellbar. Ein weiterer Versuch dient dem Aufspüren von Ermüdungsrissen in der Nähe von Nietköpfen an alten Stahlbetonbrücken. Durch Behandlung des Faserüberzugs werden die FOS mittels einer Herabsetzung der Festigkeit gegenüber Rißbildungen sensibilisiert und an der zu prüfenden Stelle angebracht. Die Schwellgrenze zur Rißbildung der Fasern liegt bei 10 Mikrometer bis 200 Mikrometer und erlaubt, Rissbreiten von 10 Mikrometer bis 30 Mikrometer zu erkennen.