Modalanalyse von Monitoringdaten eines Sendeturms

Abstract

1 Einleitung Für eine Vielzahl von bestehenden Bauwerken, insbesondere Infrastrukturbauwerken, stellt sich bei Erreichen der geplanten Lebensdauer die Frage der weiterführenden Nutzung. In Fällen, in denen nicht alle Nachweise nach den heute geltenden Normen auf Grundlage von Bestandsunterlagen geführt werden können, besteht die Möglichkeit, das Tragverhalten messtechnisch zu überwachen. Bei vorwiegend durch dynamische Kräfte beanspruchten Bauwerken kommt der Erfassung des dynamischen Strukturverhaltens, beschrieben durch die modalen Parameter, eine besondere Rolle zu. Auftretende Veränderungen der identifizierten modalen Parameter können auf Strukturveränderungen infolge von Schädigungen oder Alterungen hinweisen. Sie wer-den aber auch durch wechselnde Umweltbedingungen verursacht. Um diese Einflüsse von denen einer substanziellen Strukturveränderung unterscheiden zu können, ist eine geeignete messtechnische Erfassung der dominierenden Einwirkungen notwendig. Im vorliegenden Beitrag werden ein messtechnisches Konzept sowie eine Strategie zur Datenauswertung im Rahmen der Bauwerksüberwachung eines Sendeturms vorgestellt. Die Ergebnisse zeigen die Eignung der gewählten Vorgehensweise zur Identifikation auch relativ kleiner Veränderungen des dynamischen Strukturverhaltens. 2 Monitoringsystem Das hier betrachtete Bauwerk ist ein ungefähr 200 m hoher Sendeturm, der in den 1970er-Jahren errichtet wurde. Die für die damalige Zeit typische Konstruktion besteht aus einem frei stehenden rotationssymmetrischen, sich nach oben verjüngenden Spannbetonturm mit einem aufgesetzten Stahlschaft. Den oberen Abschluss bildet ein Zylinder aus glasfaserverstärktem Kunststoff. Im Rahmen des DFG Graduiertenkollegs 1462 wurde an einem ca. 200 m hohen Sendeturm mit rotationssymmetrischem Querschnitt ein Monitoringsystem zur Erfassung von Schwingbeschleunigungen, Temperaturen und Windeinwirkungen installiert, welches über einen Zeitraum von zwei Jahren betrieben wurde. Die Auswertung der Schwingungsdaten erfolgte mithilfe einer automatisierten Output-only-Modalanalyse. In der vorliegenden Studie wurde die Stochastic-Subspace-Identification-Methode in Verbindung mit einem automatischen, dreistufigen Clustering-Algorithmus zur Identifikation der modalen Parameter und deren Varianzen verwendet. Es wurden Abhängigkeiten der modalen Parameter von den Umgebungsbedingungen unter Berücksichtigung der Unsicherheiten aller Datenpunkte ermittelt. Bei ideal rotationssymmetrischen Bauwerksquerschnitten treten alle Eigenschwingungen paarweise mit orthogonal zueinander stehenden Eigenformen auf. In realen Systemen ergeben sich aus diesen doppelten Eigenformen paarweise kombinierte Eigenformen mit eng beieinanderliegenden Eigenfrequenzen. Die Hauptschwingungsrichtungen dieser Eigenformen wurden ermittelt und in Beziehung zur Windrichtung betrachtet. Operational Modal Analysis of monitoring data of a telecommunication towerIn the framework of the DFG research training group, a monitoring system was installed on a telecommunication tower with a height of a...

Automated Harmonic Signal Removal Technique Using Stochastic Subspace-Based Image Feature Extraction

“…Examples of an edited stabilization plot are shown in Figure 2 below. The natural frequencies and damping ratio of poles from two orders are compared using Equations (12) and (13) as follows [22]:…”

“…In recent years, the development of automated procedures for identifying modal parameters in operating conditions has become increasingly popular and stochastic subspace-based algorithms (SSI) methods have been selected as the most practical tool for this procedure due to the consistency in modal parameters’ estimation, especially under non-stationary noise excitations [ 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15 ]. However, the use of subspace-based algorithms for OMA and structural health monitoring (SHM) will be problematic when applied to structures with rotating machines, due to the harmonic excitations.…”