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Organisationseinheit der BAM
Processing ultrasonic data by coda wave interferometry to monitor load tests of concrete beams
(2018)
Ultrasonic transmission measurements have been used for decades to monitor concrete elements, mostly on a laboratory scale. Recently, coda wave interferometry (CWI), a technique adapted from seismology, was introduced to civil engineering experiments. It can be used to reveal subtle changes in concrete laboratory samples and even large structural elements without having a transducer directly at the place where the change is taking place. Here, several load tests until failure on large posttensioned concrete beams have been monitored using networks of embedded transducers. To detect subtle effects at the beginning of the experiments and cope with severe changes due to cracking close to failure, the coda wave interferometry procedures had to be modified to an adapted step-wise approach. Using this methodology, we were able to monitor stress distribution and localize large cracks by a relatively simple technique. Implementation of this approach on selected real structures might help to make decisions in infrastructure asset management.
Die zuverlässige Bestimmung der mechanischen Eigenschaften der Grenzfläche zwischen zwei Betonen unterschiedlichen Alters ist von großer Bedeutung für die Bemessung. Die Bewertung der Rauigkeit einer Betonoberfläche erfolgt über den Vergleichswert der mittleren Rautiefe. Als Standardverfahren für die Ermittlung der Rautiefe gilt das Sandflächenverfahren nach Kaufmann. Zur Verbesserung der Zuverlässigkeit bei der Ermittlung der Rautiefe von Betonoberflächen sowie zur Erweiterung der Anwendung auf vertikale und geneigte Oberflächen wurden alternative Messverfahren entwickelt, die auf optischen Messmethoden basieren. Solche Verfahren sind beispielsweise die Laser-Triangulation oder die Photogrammetrie. Im vorliegenden Beitrag wird die Anwendung der zuvor genannten Verfahren zur Ermittlung der Rauigkeit beschrieben. Im Rahmen von Untersuchungen an Deckenplatten mit Gitterträgern werden die Verfahren anschließend an aufgerauten Betonoberflächen vergleichend angewendet.
Zusammenfassung Im Rahmen eines Forschungsvorhabens an der RWTH Aachen wurden mehrere Spannbetondurchlaufträger bis zum Versagen belastetet. Neben umfangreicher konventioneller Messtechnik wurden zusätzlich innovative Messmethoden durch die Bundesanstalt für Materialforschung und –prüfung (BAM) getestet. Darunter waren eingebettete Ultraschall-Transducer, deren Daten mit einer neuartigen Methode, der Codawelleninterferometrie (CWI), ausgewertet wurden. Dieses Verfahren detektiert auch kleinste Änderungen im Signal und in der Wellengeschwindigkeit gegenüber einer Referenzmessung. Hiermit können Belastungs- und Strukturänderungen sowie Schäden sehr viel sensibler angezeigt werden als bei konventionellen Ultraschallmessungen. Durch eine Modifikation des Verfahrens mit gleitender Referenz können aber auch starke Veränderungen im Material, wie sie bei Bruchversuchen auftreten, erfasst werden. In den Versuchen gelang es mit Netzwerken aus bis zu 20 Ultraschall-Transducern, Spannungskonzentrationen und Rissbildungen qualitativ zu detektieren und zu verfolgen, ohne dass die Sensoren direkt am Ort der Änderung angebracht sein müssen.