Fatigue load monitoring in steel bridges with Rayleigh waves: Fid-Bau Portal

Fatigue load monitoring in steel bridges with Rayleigh waves

Clark, A.V. / Fuchs, P. / Schaps, S.R.

Als Alternative zu Dehnungsmeßstreifen wird hier der Einsatz von berührungslosen, elektrodynamischen Wandlern (EMATs) untersucht, mit denen Rayleigh-Wellen erzeugt und empfangen werden. Über den akustoelastischen Effekt können mit Hilfe der Laufzeitmessung dieser Wellen im Prinzip mechanische Spannungen überwacht werden, die der Verkehr auf der Brücke hervorruft. Im Beitrag wird über Experimente berichtet, die das Verfahrenskonzept hinsichtlich seiner Durchführbarkeit demonstrieren. Nach einer Darstellung der Theorie der Rayleighwellen, der EMATs und des magnetoelastischen Effektes sowie der Aufzeichnung von Ermüdungszyklen werden die Experimente ausführlich beschrieben. Zwei unterschiedliche EMAT-Typen, von 1 MHz bzw. 0,5 MHz, wurden eingesetzt. Die Probestücke waren eine 25 mm dicke Platte aus Aluminiumlegierung, ein I-Träger aus A-36-Brückenstahl und eine 25 mm dicke und 250 mm breite Platte aus C-Mn-Stahl. Die Proben wurden im Vierpunkt-Biegeversuch belastet, wobei bei konstanter Biegespannung die Rayleigh-Wellen unter verschiedenen Winkeln zur Spannungsrichtung eingeschallt wurden. Zur Phasen- und Laufzeitmessung wurde ein phasenempfindliches Swept-Frequency-Instrument verwendet. Die Einzelheiten der Meßtechnik und die Bestimmung des Empfindlichkeitsfaktors werden beschrieben. Ergebnis sind Diagramme des Empfindlichkeitsfaktors in Abhängigkeit vom Einschallwinkel, außerdem Meßwerte für die akustoelastischen Konstanten und den maximalen Empfindlichkeitsfaktor. Diskutiert werden weiter Probleme bei der Übertragung des Verfahrens aus dem Labor auf eine aktuelle Brücke. Ergebnis: Geeignet konstruierte EMATs sollten das für die Anwendung voraus benötigte Auflösungsvermögen für die mechanische Spannung gewährleisten können. Der Anhang enthält verschiedene Abschätzungen des Rauscheinflusses und eine Meßfehleranalyse. (Völkel, U.)