Fachartikel

Zustandsüberwachung

Die Brücke wird „smart“

Die Brücke wird „smart“

Die permanente messtechnische Zustandsüberwachung von Brückenbauwerken gewinnt aufgrund steigender Belastungen durch erhöhtes Verkehrsaufkommen gepaart mit immer größeren Achslasten an Bedeutung. Das ASC-Portfolio an Hochpräzisions-Inertialsensoren hilft, Verkehrsteilnehmerinnen und -teilnehmer sowie Bauwerke zu schützen. 

Für die frühzeitige Erkennung kritischer Beanspruchungszustände, struktureller Veränderungen sowie beginnender Schäden ist die kontinuierliche Erfassung und Analyse dynamischer und statischer Parameter wichtig. Verlässliche, sensorbasierte Überwachungssysteme liefern kontinuierlich Daten über den aktuellen Bauwerkszustand.  

Zur Erfassung beispielsweise des Schwingungsverhaltens werden modernste Messsensoren direkt an der Struktur eines Brückenbauwerks montiert. Analoge Beschleunigungssensoren von ASC sind in diesem Bereich seit langem im Einsatz. Sie arbeiten absolut zuverlässig, hochpräzise und halten extremen Umweltbedingungen stand.  

Daher helfen sie nicht nur beim laufenden Brückenmonitoring in Deutschland und Europa, sondern bei vielen weiteren, hochbeanspruchten Bauwerken in der Welt. So werden sie zum Beispiel bei der Überwachung des weltweit längsten Brücken-Tunnel-Systems eingesetzt – der 2018 eröffneten Hong Kong-Zhuhai-Macao-Brücke mit 55 Kilometern Gesamtlänge.  

Bequeme Plug-and-play-Lösung 

Rasch an Bedeutung gewinnt auch das digitale Monitoring. Mit dem ASC DiSens EQ wurde eine ideale Sensorlösung für die spontane, rasche, unkomplizierte Gebäudeüberwachung geschaffen: ein hochpräziser kapazitiver Beschleunigungssensor mit sehr geringem Rauschlevel, hochwertiger Analog-Digital-Wandlung und einer Auflösung von bis zu 21,5 ‚effective number of bits‘ (ENOB) bei 500 Hz Standard-Abtastfrequenz. Wo immer während der Errichtung oder im Betrieb Ihres Bauwerks spontane Sicherheitsüberprüfungen erforderlich sind: diese können nun rasch und bequem ‚on the go‘ via digitaler USB Datenschnittstelle durchgeführt werden. 

Kapazitive Beschleunigungssensoren der ASC EQ-Serie zeichnen sich durch eine extrem hohe Auflösung weit über jener herkömmlicher Analogsensoren aus. Mit ihrer Fähigkeit, selbst kleinste Amplituden von einem Millionstel der Erdanziehungskraft zu registrieren, werden sie häufig in der seismologischen Überwachung sensibler Bauwerke eingesetzt wie Tunneln, Brücken, Staudämmen, Kraftwerken und anderen Gebäuden, für die kleinste tektonische Erschütterungen zu dramatischen Folgen führen könnten. 

Die leistungsstarke digitale Wandlung kombiniert mit einfachster Datenübertragung über kleinste Standard-USB-Schnittstellen erlaubt es Ingenieur*innen, direkt vor Ort exakte Momentaufnahmen des Bauwerkzustands zu ermitteln und daraus auch gleich die gewünschten Vorausberechnungen zu generieren. Die ASC DiSens EQ-Serie ist besonders überall dort wertvoll, wo höchste Messgenauigkeit mit den Vorzügen mobiler, flexibler, bequemer Messung verbunden werden soll. 

Aus digital wird smart 

Die smarten Sensorsysteme der Reihe ASC AiSys erfassen ebenfalls mit höchster Präzision inertiale Kräfte und Parameter, die auf ein Gebäude wirken, sowie dadurch verursachte Veränderungen in der Bauwerkstruktur oder individueller Komponenten. 

Über den Einsatz im Echtzeit-Monitoring hinaus liegt der eigentliche Vorteil smarter Sensortechnik. Sie bilden die Basis, die aktuellen Messdaten mit digitalen Prozessen, externen und historischen Daten zu verknüpfen, blitzschnell zu analysieren und daraus aktuelle wie langfristige Prognosen für den Brückenzustand und Wartungsbedarf zu errechnen – und zu kommunizieren. 

Dies ermöglicht Betreibern die mittel- und langfristige Planung erforderlichen Reparatur- und Instandhaltungsbedarfs. Materialermüdung oder strukturelle Bauwerksveränderungen können mittels der sensorbasierten Überwachung frühzeitig erkannt und kritische Zustände durch gezielte, proaktive Instandsetzungsmaßnahmen verhindert werden. Auch eventuelle raschere Veränderungsprozesse werden in Echtzeit angezeigt und können im Fall eines Akutrisikos sofort zu Maßnahmen führen, um die Sicherheit des Bauwerks und der Verkehrsteilnehmer*innen zu gewährleisten. 

Langfristige Kosteneffizienz 

Aufgrund der „smarten“ Vorausberechnungen und Analysen kann ein digitaler Zwilling des Bauwerks angelegt werden, anhand dessen effektives Monitoring kostengünstig automatisiert und die rechtzeitige Wartung sichergestellt wird. 

Auch sonst muss „smart“ nicht teuer sein: Das smarte Sensorsystem ASC AiSys ECO ermöglicht die kostengünstige Erfassung sowie Analyse von Beschleunigungen. FIR und IIR Filter sowie Features zur Extrahierung von Merkmalsvektoren sind bereits vorkonfiguriert. Der triaxiale Beschleunigungssensor basiert auf bewährter MEMS-Technologie mit kapazitivem Funktionsprinzip, bietet einen konfigurierbaren Messbereich zwischen ±2 g und ±40 g und Abtastraten bis zu 4 kHz pro Achse. Die integrierte Elektronik ermöglicht die Erfassung von Beschleunigungen mit einer Auflösung von 17 bis 19 Bit.  

Ein leichtes, zuverlässiges Aluminiumgehäuse mit Schutzklasse IP67, integriertem Kabel mit konfigurierbarer Länge und standardisierter CAN Bus-Schnittstelle mit DSUB Steckverbinder macht den Sensor äußerst flexibel einbau- und vernetzbar, wetterbeständig und langlebig. 

Was gestern noch wie Science Fiction klang, ist heute bereits Realität. Die smarten, modular aufgebauten Sensorsysteme ASC AiSys spielen bei der digital vernetzten Echtzeitüberwachung von Infrastruktur sowie im vorausblickenden Predictive Monitoring eine zentrale Rolle. Damit die bau- und verkehrstechnische Sicherheit von Straßen, Brücken, Tunnels, Gebäuden und anderen Komponenten jederzeit gegeben ist und diese langfristig effizient und kostenschonend betrieben werden können. 

Bilder: Aufmacher Hong-Kong-Macau-Brücke: Shutterstock, 01 LPI Ingenieurgesellschaft GmbH, 02 und Galerie ASC GmbH 

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