Making optimal decisions about the reliability of existing structures requires that the information used in assessment adequately represents the properties and the condition of the structures. The knowledge gap regarding a structure to be assessed can be successively filled by individually purposeful observations on site. This paper gives an overview of an approach for utilizing nondestructively gathered measurement results in reliability assessment of existing structures. An essential part of measurement‐based stochastic modeling of basic variables is the calculation of measurement uncertainties, which serves to establish confidence in measurement, to ensure the comparability of unambiguously expressed measurement results, and to quantify the quality of the measured information. Regarding the current discourse on how to treat information collected on‐site in the context of assessment, the authors recommend that measurement uncertainty becomes an uncertainty component mandatorily to be represented in measurement‐based stochastic models. The main steps of the proposed concept are presented, and the advantages of its application are emphasized by means of a prestressed concrete bridge as case study. The bridge is assessed regarding the serviceability limit state decompression using ultrasonic and radar data measured at the structure.

Auf dem Weg zur digitalen Brücke existieren bereits erste Lösungen, die den Lebenszyklus einer Brücke abbilden können. Für die Planung, den Bau und den Unterhalt stehen unterschiedlichste Werkzeuge, z. B. BIM, DIN 1076, SIB‐Bauwerke, Monitoring etc. zur Verfügung, die jeweils mit unterschiedlichen Datenformaten arbeiten. Für ein intelligentes Erhaltungsmanagement müssen aber alle Daten mit den verschiedenen Datenformaten zusammengeführt, abgelegt und so verwaltet werden können, dass über den gesamten Lebenszyklus einer Brücke die Abbildung eines ganzheitlichen digitalen Zwillings eines Bauwerks möglich ist. Die Autoren haben dafür mit BBox den Prototyp einer Verwaltungsschale (VWS) auf Grundlage von Industrie 4.0 entwickelt. Damit wird das physikalisch‐ingenieurtechnische Modell zur Zustandsbewertung der Brücke in den Mittelpunkt gestellt und der gesamte Lebenszyklus einer Brücke kann unabhängig von Datenformaten digital erfasst werden. Da der Aufbau der VWS durch die Granularität optimal strukturiert ist, bietet die Ablage und Einspeisung von Messdaten sowohl die Grundlage eines Live‐Monitorings als auch den Grundstein für maschinelles Lernen (ML). Der Datenzugriff via S3‐Schnittstelle erleichtert die Entwicklung von eigenen Prognosemodellen mit Informationsmustern (SHIP – Structural Health Information Pattern). Am Beispiel der Heinrichsbrücke Bamberg wird die praktische intelligente Umsetzung des Bauwerksmonitorings inkl. VWS mit Informationsmustern und ML gezeigt.

Ultrasonic inspection is a common tool for non-destructive testing in civil engineering (NDT-CE). Currently, transducers are coupled directly to the specimen surface, which makes the inspection time-consuming. Air-coupled ultrasound (ACU) transducers are more time-efficient but need a high pressure amplitude as the impedance mismatch between the air and the concrete is high and large penetration depth is needed for the inspection. Current approaches aim at eliminating the impedance mismatch between the transducer and the air to gain amplitude; however, they hardly fulfill the NDT-CE requirements. In this study, an alternative approach for ultrasound generation is presented: the signal is generated by a fluidic switch that rapidly injects a mass flow into the ambience. The acoustic field, the flow field, and their interaction are investigated. It is shown that the signal has dominant frequencies in the range of 35–60 kHz, and the amplitude is comparable to that of a commercial ACU transducer.

Ultrasonic time-of-flight (ToF) measurements enable the non-destructive characterization of material parameters as well as the reconstruction of scatterers inside a specimen. The time-consuming and potentially damaging procedure of applying a liquid couplant between specimen and transducer can be avoided by using air-coupled ultrasound. However, to obtain accurate ToF results, the waveform and travel time of the acoustic signal through the air, which are influenced by the ambient conditions, need to be considered. The placement of microphones as signal receivers is restricted to locations where they do not affect the sound field. This study presents a novel method for in-air ranging and ToF determination that is non-invasive and robust to changing ambient conditions or waveform variations. The in-air travel time was determined by utilizing the azimuthal directivity of a laser Doppler vibrometer operated in refracto-vibrometry (RV) mode. The time of entry of the acoustic signal was determined using the autocorrelation of the RV signal. The same signal was further used as a reference for determining the ToF through the specimen in transmission mode via cross-correlation. The derived signal processing procedure was verified in experiments on a polyamide specimen. Here, a ranging accuracy of <0.1 mm and a transmission ToF accuracy of 0.3μs were achieved. Thus, the proposed method enables fast and accurate non-invasive ToF measurements that do not require knowledge about transducer characteristics or ambient conditions.

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Gegenüber dem Neubauentwurf können bei der Bewertung von bestehender Bausubstanz Sicherheitsreserven genutzt werden, da Unsicherheiten, die beim Bau auftreten können, besser bekannt oder nicht mehr vorhanden sind. Können solche Unsicherheiten genauer bewertet werden, z. B. durch die Feststellung der genauen Lage der Spannglieder bei einer Spannbetonbrücke, so können Sicherheitsbeiwerte reduziert werden, ohne dass es dabei zu Auswirkungen auf das normativ festgelegte Zuverlässigkeitsniveau kommt. Mittlerweile sind Prüfmethoden an Bauwerken wirtschaftlich einsetzbar und auch so leistungsfähig, dass die für die Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit wesentlichen Parameter identifiziert werden können. Ein wesentlicher Punkt ist hierbei die Integration derartiger Messergebnisse in Rechenmodelle, die für die Nachrechnung des Bauwerks verwendet werden. Dies können sowohl semiprobabilistische Rechenmodelle als auch vollprobabilistische Modelle sein. Bei semiprobabilistischen Methoden können aus den Messergebnissen Teilsicherheitsbeiwerte berechnet und abgeleitet werden, die dann in den bekannten Nachweisformaten gemäß den Eurocodes und der Nachrechnungsrichtlinie berücksichtigt werden. Bei vollprobabilistischen Nachweisen können die Messdaten in Form von Verteilungsdichtefunktionen mit gemessenen Variationskoeffizienten direkt in das Rechenmodell eingehen. In einer dreiteiligen Aufsatzreihe werden die Messverfahren und die Nutzung der Ergebnisse bei der Nachrechnung vorgestellt. Der vorliegende Teil 1 zeigt die Möglichkeiten des Einsatzes von zerstörungsfreien Prüfverfahren und bewertet deren Leistungsfähigkeit. Messen heißt wissen. Dieses Wissen spiegelt die Realität wider und soll den Tragwerksplaner bei der Entscheidungsfindung über die Sicherheit und Zuverlässigkeit von Bestandsbauwerken unterstützen.

This data article presents characteristic acoustic and flow data of a fluidic ultrasonic transducer as well as acoustic data of a commercial piezoelectric ultrasonic transducer used in non-destructive testing for civil engineering. The flow data has been acquired using hot-wire anemometry and a Pitot tube. The three-dimensional acoustic data of both devices has been acquired using a calibrated microphone. The distribution of characteristic acoustic properties of both transducers are extracted and given in addition to the raw data. The data presented in the article will be a valuable source for reference and validation, both for developing fluidic and alternate ultrasound generation technologies. Furthermore, they will give additional insight into the acoustic-flow interaction phenomena of high speed switching devices. This article is accompanying the paper Experimental Analysis of the Acoustic Field of an Ultrasonic Pulse Induced by a Fluidic Switch (Bühling et al., 2021) published in The Journal of the Acoustical Society of America, where the data is interpreted in detail and the rationale for characteristic sound properties of the fluidic transducer are given.