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For the assessmentand for monitoring of timber structures there are numerous promising methods that enable the quantitative description of the current condition of construction elements or parts of a structure. This concerns material properties like modulus of elasticity, moisture content and density as well as structural properties like dynamic characteristics, localization of inhomogeneities, cracks, and biological attack. During the work in COST Action FP 1101, since 2012 the capability of experimental methods are discussed and compared. This covers electrical and electromagnetic wave methods (resistivity, microwave, Radar, X-Ray), elastic waves (ultrasound, pile testing) and mechanical testing (static and dynamic). Describing and collecting the use of the experimental methods for monitoring purposes was the objective of working group 3 "Monitoring of Timber Structures" of the COST Action. Monitoring capabilities will extend the use of timber structures to further applications in civil engineering. So far, no standard exists but collections of application examples and review papers representing the state of the art. From there needs for further developments regarding monitoring and NDT methods for timber structures can be identified and these are described in this paper.
Mit einem auf Lagrange-Multipiikator-Tests basierenden Monitoring von Brücken ist es gelungen, in Belastungsversuchen an einer Holzbrücke (7,25 m Spannweite), an der relativ kleine Schädigungen künstlich herbeigeführt worden waren, die Zuverlässigkeit dieser Art des Monitorings zu bestätigen. Ausgangspunkte waren Messung von Durchbiegungen sowie Krümmungen und die Zusammenführung der jeweiligen Regression mit Nebenbedingungen, die den mechanischen Bedingungen gehorchen, unter Einschluss von Lagrange-Multiplikatoren, die sich als brauchbare Testparameter erwiesen.
Movements in geological areas are often caused by shear zones deep in the underground or by hardly observable slipping zones. Detection of movements reaching critical values is of crucial importance to avoid losses and harms. Optical sensor fibers with gauge lengths of several meters or even distributed fiber-optic sensors with gauge lengths of hundreds of meters allow detecting deformation of such zones with quite good resolution. The paper presents a new technology of detecting deformations and movements in soil or rock massifs. The core part of the sensing system is a tiny pultruded rod with an outer diameter of 3 mm to 6 mm. It contains two fiber-optic sensor systems. One sensor system is used for permanent online measurement and provides integral strain information along the whole length of the rod; in case of critical deformations, it provides a warning signal. The second sensing system uses fiber-optic Bragg grating (FBG) strain sensors located close to the expected shear zone. This measurement system will be activated after the warning signal has been initiated by the integral strain measurement system. The FBG strain sensor system records then resulting deformations in detail. The sensing rod containing both sensor systems can be installed in a borehole to detect beginning soil movements automatically. The electronic equipment is powered by a solar panel; the amount of deformation in soil or rock formations can be estimated from the strain change measured in the sensor fibers. The effectiveness of this warning system will be shown using the example of a critically sliding slope in an open brown coal pit in Germany.
Measurement and data recording systems are important parts of a holistic Structural Health Monitoring (SHM) system. They are often based on modern measurement and data communication technologies for which standards (or at least guidelines) do not exist yet. A lack in standardization, however, makes the establishment of new sensing and application technologies - and thus up-to-date SHM systems - substantially difficult. Successful commercialization and wide acceptance of SHM systems needs widely accepted standards and guidelines. Standards help to design SHM systems in an optimal way. Currently, standardization gets increasing attention in civil engineering field; there are some activities e.g. in ISHMII, IEC and ISO groups to develop standards for the most important components of SHM systems.
The paper gives an overview on current activities in standardization to propose sound and safe procedures for assessment of the existing structure's behavior and for estimation of its residual life. Special attention is paid in this paper to newly developed standards for fiber-optic measurement systems; important aspects of such sensor systems are mentioned.
The contribution is aimed at owners of structures that have to be assessed as well as at developers of sensors and monitoring systems who have to select appropriate effective sensing technologies. Using standards, both parties find recommendations how to proceed in development SHM systems to estimate the design or residual life, and how to find out the optimal maintenance strategy. The usefulness of standardized procedures is shown using the example of risk-based management of structures.
Standardization in fibre-optic sensing for structural safety - activities in the ISHMII and IEC
(2015)
Fiber-optic sensors are increasingly established in the sensor market. Their advantages have unquestionably been verified by numerous demonstrations to enhance the operational performance of aged structures or to monitor the structural behavior of safety-relevant structures or their components. However, there are some barriers in use due to a lack of extensive standardization of fiber-optic sensors. This leads very often to restraints in the users community. The paper shows the status in international standardization of fiber-optic sensors as well as current activities in leading institutions such as IEC and ISHMII and others with the purpose of providing relevant standards for a broader use of selected fiber-optic sensor technologies.
Ultraschall-Transmissionsmessungen werden seit Jahrzehnten bei der Qualitätssicherung von Betonkonstruktionen eingesetzt. Aus den Wellengeschwindigkeiten lassen sich dynamische Elastizitätsmoduln und – nach lokaler Kalibrierung – auch Druckfestigkeiten ermitteln. Zudem ergeben sich Hinweise auf Risse und andere Materialschwächungen. Der Einsatz erfolgt vor allem im Labor oder an der Bauwerksoberfläche. Neuerdings werden auch Monitoringsysteme mit eingebetteten Sensoren auf Ultraschallbasis erfolgreich getestet. Die Talsperre Eibenstock dient als größte Sperre in Sachsen der Trinkwasserversorgung und dem Hochwasserschutz. Hier wurden während der Bauphase im Jahr 1979 im Fußbereich des Mauerkörpers Ultraschallsensoren eingebracht, die in Verbindung mit einem Messoszilloskop eine Überwachung der Erhärtung des Mauerbetons ermöglichten.
Der für die Sensorauswahl eingesetzte Messstellenumschalter wurde im September 2011 grundlegend instand gesetzt. Danach zeigte sich, dass die eingebetteten Sensoren selbst sowie die Verkabelung auch nach über fünfunddreißig Jahren in einwandfreiem Zustand sind. Eine nunmehr aufgelegte Messserie mit modernem Gerät von über einem Jahr mit ein- bis zweimonatigen Intervallen zeigte, dass die Wellengeschwindigkeit seit der Bauphase noch einmal um gut 10 % zugenommen hat, was für eine erhöhte Druckfestigkeit spricht. Innerhalb des Jahres zeigten sich auch bei Einsatz neuer, sehr sensibler Auswertemethoden (sog. Codawelleninterferometrie) nur geringfügige Schwankungen. Diese waren auch nicht zu erwarten, da sich die Füllhöhe zu den Messzeitpunkten nur gering unterschied, die Temperatur im Bauwerksinneren nur wenig schwankte und der Bauwerkszustand sehr gut ist.
Die Aussagen zur Betongüte sind direkt vergleichbar mit den früheren Mess- und Untersuchungsergebnissen an der Talsperre Gottleuba, die im gleichen Zeitraum errichtet wurde und ebenfalls mit einem Ultraschallsystem ausgerüstet war. Die Experimente zeigten, dass ein Einsatz von Ultraschallsystemen für die Bauwerksüberwachung auch über Jahrzehnte möglich ist. Dies war im vorliegenden Fall nie geplant, aber durch den Einsatz der Mitarbeiter vor Ort und der Herstellerfirma möglich. Bei zukünftigen Systemen ist eine langfristige Planung unter Einbeziehung aller Beteiligten sowie eine Einbindung in Überwachungs- und Wartungspläne notwendig, damit die qualitätsgesichert gewonnen Daten gewinnbringend genutzt werden können.