Technologie

Überwachung von Brücken mit Profil-Laserscannern

19.02.2019 - Vollständige Brückenprofile berührungslos erfassen.

In Deutschland gibt es weit über hundert­tausend Brücken – davon etwa 40.000 an Autobahnen und Bundesstraßen und 25.000 an Eisenbahnlinien. Um die Trag­fähig­keit und Dauer­haftig­keit der Bauwerke sicher­zustellen, müssen sie in bestimmten Inter­vallen untersucht werden. Viele der Brücken haben ihre Alters- und, aufgrund des stark angestiegenen Verkehrs­aufkommens, auch ihre Belastungs­grenze erreicht. Sie müssen daher besonders überwacht werden – eine Heraus­forderung für ihre Betreiber. Überwachungs-Messungen an Brücken erfolgen bislang taktil: Am zu prüfenden Bauwerk müssen Sensoren angebracht und nach erfolgter Messung wieder demontiert werden. Oftmals führt das zu Sperrungen von Straßen und Bahnlinien oder Behinderungen des Verkehrs. Die lastbedingten Deformationen werden zudem nur punktuell an den mit Sensoren versehenen Stellen erfasst.

„Um die hohe und steigende Zahl an Überwachungs­aufgaben effizient bewältigen zu können, ist ein modernes und praktikables System erforderlich“, sagt Andreas Eichhorn von der TU Darmstadt. Er und seine Kollegen haben daher Brücken­messungen mit einem Profil-Laserscanner durchgeführt. Damit ist es möglich, statische und dynamische Deformationen, zum Beispiel Durch­biegungen, einer Brücke in Zehntel-Millimeter-Genauigkeit nicht nur für einzelne Punkte, sondern für komplette Profile zu ermitteln. Die Messung erfolgt berührungslos, somit können auch bisher unzugängliche Stellen von Bauwerken erfasst werden. Als Ergebnis liegen für die gesamte Länge eines Brücken­profils Messwerte vor, die zeigen, wie sich das Tragwerk im Ruhe­zustand verhält, wie stark es sich bei Belastung verformt und ob diese Deformationen noch innerhalb tolerier­barer Grenzen liegen. Messung und Auswertung erfolgen dabei weitgehend automatisiert.

Die so gewonnenen Messwerte besitzen eine leicht höhere Messunsicherheit als jene mit konventio­nellen Verfahren ermittelten Daten. Trotzdem ist diese Methode ausreichend, um typische Tragwerks­deformationen zuverlässig zu erfassen und den Zustand der Brücken zu bewerten. Das Messsystem basiert auf einem Z+F-Profiler-Laserscanner. Dabei handelt es sich um einen nach dem Phasen­mess­prinzip arbeitenden Profil­scanner, dessen Haupt­einsatz­gebiet im Bereich der mobilen Straßen­raum­erfassung liegt. Die Anwendung zur Überwachung von Tragwerken stellt eine Umkehrung dieses Einsatz­zweckes dar, da hier von einer statischen Plattform aus ein sich bewegendes Messobjekt abgetastet wird. Dazu wird der Laserstrahl in einer Richtung über das Messobjekt geführt, und zwar mit einer Wiederhol­rate von bis zu zweihundert Hertz. Die maximale Mess­entfernung beträgt dabei rund 120 Meter, bei einer maximalen Daten­aufnahme­rate von einer Million Punkten pro Sekunde.

Auch andere Bauwerke, wie zum Beispiel Windenergie­anlagen, Lärmschutz­wände und Fabrik­hallen wurden bereits mit dem vorgestellten Profil-Laserscanner überwacht. Durch die hohe Abtastrate des Scanners können dynamische Bauwerks­parameter, wie zum Beispiel Eigen­frequenzen oder auch Dämpfungsmaße, erfasst werden.  „Profil-Laserscanner bieten eine neue und sichere Möglichkeit für die Überwachung von Tragwerken“, fasst Eichhorn die neue Technik zusammen. „Durch den reduzierten Aufwand ist eine deutliche Effizienz­steigerung und die wirtschaftliche Überwachung von Brücken möglich.“

TU Darmstadt

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