19.12.2018

Schwingende Brücken

Neues Verfahren soll kleinste Ver­ände­rungen im Brücken­bau­werk auf­spüren.

Angesichts des Einsturzes der Autobahnbrücke in Genua im August, der vielen Ein­schrän­kungen bei der Befahr­bar­keit von Über­füh­rungen und des kritischen Zustands der Fern­verkehrs­brücken in Deutsch­land, werden der Zustand und die ver­blei­bende Lebens­dauer von Brücken immer wieder öffent­lich disku­tiert. Forscher des Karls­ruher Instituts für Techno­logie ent­wickeln jetzt ein neu­artiges Konzept zur Zustands­bestim­mung von Brücken, um kleinste Ver­ände­rungen im Brücken­bau­werk früh­zeitig auf­zu­spüren.

Abb.: Forscher des KIT arbeiten an einem Ver­fahren, das es möglich machen...
Abb.: Forscher des KIT arbeiten an einem Ver­fahren, das es möglich machen soll, Schäden am Brücken­bau­werk früher zu erkennen (Bild: M. Breig, KIT)

Der stark zunehmende Auto- und Lastwagenverkehr belastet die oft in die Jahre gekom­menen Bau­werke in einem Aus­maß, das nicht abzu­sehen war, als sie errichtet wurden. Da Schäden an der Bau­substanz im frühen Stadium auch mit sehr großem Auf­wand kaum zu erkennen sind, bleibt der tat­säch­liche innere Zustand einer Brücke oft­mals lange unbe­stimmt. Sanie­rungs­maß­nahmen werden häufig erst ver­spätet und unter Zeit­druck ergriffen. Um dem Problem abzu­helfen, arbeiten Wissen­schaftler des KIT an einer Methode, den wahren Zustand von Brücken recht­zeitig zu ermitteln, ohne in die Bau­substanz ein­greifen zu müssen.


Die Aufgabe ist gewaltig: Im Bundesfernstraßennetz nehmen rund 40.000 Brücken eine Gesamt­länge von etwa 2100 Kilo­metern ein. Sie über­queren Straßen, Bahn­trassen, Gewässer oder Täler und sind ein uner­setz­barer Teil der kriti­schen Verkehrs­infra­struktur. Werden sie beschädigt, so sind Staus, Umwege und damit Belas­tungen für Umwelt und Wirt­schaft die unmittel­bare Folge. Eine ein­fache Methode, ihre Ver­fas­sung zu ermitteln, könnte somit sehr viel Geld sparen. Sina Keller vom Institut für Photo­gramme­trie und Fern­erkun­dung des KIT will das Problem im Projekt ZEBBRA mit Radar­sensorik in Kombi­na­tion mit intel­li­genten Algo­rithmen angehen. „Wenn Fahr­zeuge auf eine Brücke fahren, ver­setzen sie diese in Schwin­gung. Diese Bewe­gungen zeichnen wir mit hoch­präzisen Radar­geräten auf“, erklärt die Mathe­ma­tikerin.

Speziell entwickelte Computer-Algorithmen analysieren die Radar­signale, die das Schwin­gungs­ver­halten der Brücke wieder­geben. Diese werden unter anderem in Koopera­tion mit Forschern des Instituts für Auto­ma­tion und ange­wandte Infor­matik des KIT erarbeitet. „Gibt es dabei Abwei­chungen von der Norm der Schwin­gungen der jewei­ligen Brücke, ist das ein Hin­weis auf Schäden an der Bau­substanz“, so Keller. Mit der Methode lassen sich Ver­ände­rungen sehr genau loka­li­sieren, sodass sich auch Schäden in ein­zelnen Brücken­seg­menten wie Pfeilern oder Fahr­bahn­ab­schnitten auf­spüren lassen.

 

Neben der neuen Methode wollen auch leicht zu trans­portie­rendes Instru­men­tarium ein­setzen. So können alle Messungen mobil vor Ort im laufenden Betrieb und ohne Verkehrs­behinde­rungen ablaufen. Es müssen auch keine Sensoren fest instal­liert werden. Das Prüf­ver­fahren, so die Forscher, werde sich durch geringe Kosten und eine leichte Bedien­bar­keit aus­zeichnen sowie Verkehrs- und Bau­behörden die Möglich­keit geben, Sanie­rungs­maß­nahmen länger­fristiger und gezielter zu planen. Das Projekt ZEBBRA läuft bis 2021 und wird vom Bundes­minis­terium für Bildung und Forschung mit insge­samt 1,5 Milli­onen Euro gefördert. Weitere Partner des Projekts sind die ci-Tec GmbH, Karls­ruhe, und das Büro für Struktur­mechanik, Coburg.

KIT / RK

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