Dynamische Verformungsmessungen an Eisenbahnbrücken mittels Mikrowelleninterferometrie

Abstract

Die Neubewertung bestehender Brückenbauwerke hinsichtlich ihrer Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit stellt oft ein Problem für Bauingenieure dar. Im Eisenbahnwesen ist aktuell eine Tendenz zu immer schnelleren und schwereren Fahrzeugen mit innovativen Achsanordnungen zu verzeichnen, welche sich von den zur Zeit der Bemessung der Brücken anzunehmenden Fahrzeugtypen wesentlich unterscheiden können. Dies führt zu Abweichungen von dem bei der Bemessung angesetzten Anre-gungsfrequenzspektrum und somit zur Notwendigkeit einer erneuten numerischen Resonanzuntersuchung der zu befahrenden Brückenstrukturen. Darüber hinaus erfordern beispielsweise die in den letzten Jahren bei der Deutschen Bahn AG (DB) ergriffenen Maßnahmen zum Ausbau des Hochgeschwindigkeitsstreckennetzes ebenfalls eine neue Beurteilung des dynamischen Strukturverhaltens von Brückenbauwerken, denn die Netzerweiterung setzt größtenteils Ertüchtigungen vorhandener Strecken mit dem Ziel der Anhebung zugelassener Betriebsgeschwindigkeiten und somit Änderungen der Anregungsfrequenzen voraus. Hierbei ergibt sich die große Herausforderung für den Bauingenieur, ein möglichst realitätsnahes Berechnungsmodell zu erstellen, das vor allem in der Lage sein muss, die wesentlichen dynamischen Systemeigenschaften realistisch abzuschätzen. Die terrestrische Mikrowelleninterferometrie ist ein im Bauwe sen noch wenig bekanntes Messverfahren, das die berüh rungslose Erfassung von Verformungen einer Struktur mit einer Genauigkeit bis in den Submillimeterbereich und einer Abtast rate von bis zu 4 kHz ermöglicht. Darüber hinaus bietet die Mikrowelleninterferometrie die Möglichkeit, das Bewegungs verhalten mehrerer Punkte entlang eines Profils zeitsynchron zu beobachten. Aufgrund der hohen Messrate kann auch die dynamische Strukturantwort aufgezeichnet werden, die unmit telbar zur Ableitung modaler Strukturkennwerte (Eigenfrequen zen, Dämpfungsmaße) genutzt werden kann, während die Entfernungsauflösung die direkte Ermittlung von Eigenformen ermöglicht. Dieser Beitrag gibt eine kurze Einführung in die Funktionsweise des Messverfahrens und erläutert Randbe dingungen und Grenzen der Messmethode hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit bei dynamischen Messungen an Eisenbahn brücken. Die Erkenntnisse wurden anhand umfangreicher und systematischer experimenteller Untersuchungen in Zusammen arbeit mit der Deutschen Bahn AG gewonnen. Hieraus wurde eine Bewertungsmatrix erstellt, die die Eignung der Mikrowel leninterferometrie für unterschiedliche bahnspezifische Mess aufgaben an Baustrukturen veranschaulicht. In Teil 2 werden ausgewählte Messergebnisse im Vergleich mit konventionellen Messverfahren und dynamischen Strukturberechnungen gezeigt, die an Eisenbahnbrücken ermittelt und zur Validierung des Messverfahrens genutzt wurden. Dynamic measurements of railway bridge displacements through microwave interferometry -Part 1: measurement methodThe microwave interferometry is a rather new measuring tech nique, yet littleknown in civil engineering applications. It allows the noncontact acquisi...

Microwave Interferometry Measurements for Railway-Specific Applications

“…Therefore it is recommended to check the quality of the reflected signal prior to the subsequent analysis. This can be done by means of the signal-to-noise ratio and of the complex representation of signal (polar plot) [8].…”

“…A more detailed overview of the microwave interferometry is given in [6,8,11] while several application examples are presented in [12,13,14].…”

“…The analysis method is described in detail in [8,12]. The conventional measurements were performed employing linear variable displacement transducers (LVDT) and/or conventional acceleration sensors.…”