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Der Fachbereich 8.2 der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) hat eine innovative Methode zur zerstörungsfreien Ultraschallprüfung erarbeitet und den technischen Aufbau in Form eines neuen Gerätes entwickelt. Mit Hilfe des Produktdesigns soll die Etablierung auf dem Markt sichergestellt werden.
Die Arbeit erläutert detailliert die Bereiche, die für die Gestaltung des Handscangerätes von Bedeutung sind. Sie befasst sich mit der Installation und Handhabung des Systems am Einsatzort und beleuchtet wichtige technische Details. Der nicht verkleidete technische Aufbau der zwei neu entwickelten Geräte dient als Grundlage für die Erarbeitung eines Gehäusekonzepts. Neben dem Gehäusedesign wird eine Überarbeitung des gesamten Aufbaus durchgeführt, um die Benutzerfreundlichkeit in verschiedenen Punkten zu verbessern. Zukünftige Designentscheidungen werden auf Grundlage von praxisnahen Beobachtungen und der notwendigen Anordnung der technischen Komponenten getroffen. Ziel der Auseinandersetzung ist es, ein funktionelles und ästhetisch ansprechendes Design zu entwickeln. Am Ende sollen unter Beachtung aller Vorgaben die Ergebnisse dieser Arbeit zu einem ergonomischen Gerät führen.
Die Problemstellung besteht daraus, den komplexen technischen Vorgaben und Ansprüchen des Projektpartners und Innovationsgebers gerecht zu werden und gleichzeitig ein gutes Designziel zu erreichen. Das Design soll die Funktionalität und Handhabung des Gerätes verbessern und dient als Hilfsmittel, um den komplexen Aufbau zu vereinfachen. Die Benutzerfreundlichkeit soll an allen nötigen Stellen verbessert werden und ein ästhetisch zusammenstehender Gesamteindruck soll entstehen, ohne die Funktionalität negativ zu beeinflussen.
A Large Aperture UltraSonic system (LAUS) has been designed and built for testing thick concrete structures. The scalable system consists of twelve ultrasonic units, each hosting 32 individual shear wave transducers with mechanical dry point contact (DPC) to the concrete surface. The twelve units are attached to the concrete surface using a vacuum case which holds them in place during operation. Each LAUS unit can be placed individually on the surface to achieve optimal ultrasonic condition, e.g. to avoid rebars. For the generation of vacuum, air pressure is supplied to each unit through an air hose. The twelve units define an aperture which is necessary for fast reconstruction of the subsurface structure. The well-known SAFT (Synthetic Aperture Focusing Technique) algorithm has been adopted to this situation, where the individual LAUS units form a linear aperture with not necessarily equidistant spacing between the units. The exact geometrical position of the units, which are individually marked with retroreflective labels, is determined using photographs and image processing. All transducers are synchronized and work either as transmitter or receiver. A full scan consists of 12 * 11 recordings, where each unit acts as transmitter once and all others as receivers. An electronic sub-unit on the back of the ultrasonic device holds the battery and handles data acquisition, synchronization and data communication. A computer is used as base unit which communicates with each LAUS unit for control and data acquisition, the synchronization is performed by a radio modem that uses a special algorithm similar to a digital PLL (phase locked loop). No wire connections are necessary between the units and the base system.
The LAUS system is designed to investigate concrete structures with thicknesses in excess of 2 m, depending on the acoustic condition of the object under investigation. Highly reinforced concrete may have less penetration depth. The LAUS provides quasi real time imaging, once the transducers are put in place and the data has been acquired. First measurements on a foundation slab confirm, that the system can register ultrasonic echoes from the back wall at 4 m distance.
Im deutschen Eisenbahnnetz sind ca. 80 Millionen Spannbetonschwellen verbaut. Analog zu anderen Bauwerken werden Wpannbetonschwellen regelmäßig visuell inspiziert. Die Rissbildung ist bei diesen Inspektionen ein Kriterium für die Schädigung einer Spannbetonschwelle. Durch Rissbildung kann es passieren, dass Betonschwellen ihre Nutzungsdauer nicht erreichen.
In den letzten Jahren werden vermehrt trocken ankoppelbare Ultraschall-Punktkontaktprüfköpfe erfolgreich für Prüfaufgaben im Bauwesen angewendet. Oft werden mehrere Punktkontaktprüfköpfe in einem Gehäuse zu einer Strahlergruppe kombiniert, um die Schallbündelung zu verbessern oder um einzelne Prüfköpfe nacheinander als Sender und Empfänger zu betreiben und die Messsignale nach der Messung einer SAFT-Auswertung zuzuführen. Alternativ können die einzelnen Prüfköpfe einer solchen Gruppe laufzeitgesteuert angeregt und dadurch schon während der Messung das Prüfkopfschallfeld beeinflusst werden. Für diese Technik sind die Bezeichnungen laufzeitgesteuerte Ultraschall-Gruppenstrahler oder 'Phased Array' gebräuchlich. Mit den präsentierten Untersuchungen sollen die Anwendungsmöglichkeiten der Gruppenstrahlertechnik im Niederfrequenzbereich durch den Einsatz von Punktkontaktprüfköpfen verbessert werden. Dazu werden verschiedene Wellenarten eingesetzt und der Einfluss der Anordnung der Strahlerelemente im Array untersucht.
Besonders beim Bauen im Bestand und der Bauwerkserhaltung werden zur Bestimmung des Tragvermögens von historischen, oft unter Denkmalschutz stehenden, natursteinernen Bauteilen Materialkennwerte benötigt. Die üblichen Verfahren mittels Probeentnahme am Objekt und Bestimmung der Kennwerte im Labor bedeuten bei Denkmälern einen massiven Eingriff und sollten vermieden werden. Vermehrt wird daher der Einsatz von zerstörungsfreien Untersuchungsmethoden erforscht und angewendet. Eine dieser Methoden stellt die Ultraschallprüfung dar.
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.
This paper presents the state-of-the-art of using non-destructive testing (NDT) methods based on elastic waves for the condition assessment of structural timber. Two very promising approaches based on the propagation and reflections of elastic waves are described. While the first approach uses ultrasonic echoes for the testing of wooden building elements, the second approach uses guided waves (GW) for the testing of timber pole and pile structures. The basic principle behind both approaches is that elastic waves induced in a timber structure will propagate through its material until they encounter a change in stiffness, cross-sectional area or density, at which point they will reflect back. By measuring the wave echoes, it is possible to determine geometric properties of the tested structures such as the back wall of timber elements or the underground length of timber poles or piles. In addition, the internal state of the tested structures can be assessed since damage and defects such as rot, fungi or termite attacks will cause early reflections of the elastic waves as well as it can result in changes in wave velocity, wave attenuation and wave mode conversion. In the paper, the principles and theory of using elastic wave propagation for the assessment of wooden building elements and timber pole/pile structures are described. The state-of-the-art in testing equipment and procedures is presented and detailed examples are given on the practical application of both testing approaches. Recent encouraging developments of cutting edge research are presented along with challenges for future research.
Die drei Beispiele zerstörungsfreier Prüfungen an Spannbetonbrücken zeigen unterschiedliche Problemstellungen und deren Lösung mit unterschiedlichen Ansätzen.
Allen drei Beispielen gemeinsam ist die Verwendung kommerzieller Geräte. Diese werden von verschiedenen Anbietern bereitgestellt. Eine weitere Gemeinsamkeit ist, dass die Grundgeräte durch zusätzliche Maßnahmen ergänzt. Erst dann ist der gewünschte Untersuchungserfolg sicher gestellt.
Im ersten Beispiel wurde die vom Auftraggeber geforderte Präzision dadurch erreicht, dass systematische Voruntersuchungen stattfanden. Die Übertragung der Lokalisierung direkt auf die Betonoberfläche stellte sicher, dass keinen Informationsverluste an die nachfolgenden Aufgaben auftraten.
Das zweite Beispiel zeigt den Nutzen von Automatisierung und Kombination von Verfahren. Damit können dem Auftraggeber die notwendigen Angaben über Einbauteile mit großer Detaitreue und leicht verständlicher Visualisierung aufbereitet werden. Der abschließende Bericht zeigt, wie vorhandene Auswertungen sinnvoll durch noch in der Forschung befindliche Ansätze bereichert werden.
Insgesamt ist die zerstörungsfreie Prüfung in der Lage, an Brücken preisrelevante Fragestellungen zu lösen. Voraussetzung hierfür ist eine sorgfältig geplante Vorgehensweise und ein sicheres Verständnis der Grundlage der eingesetzten Geräte und Auswertungsschritte.
Grouting defects, e.g. in post-tensioned structures or piped anchors may be identified by ultrasonic imaging. Since several years experiences are carried out with false color displayed phase values, which enable distinct localization of ungrouted regions.
In this contribution we report on progress in localizing grouting defects in tendon ducts, when they are only partly grouted and the unfilled part is not orientated into the direction of the measuring surface. This is frequently the case e.g. for box girder structures.
Düring the project specimens containing different types of grouting faults are investigated in Order to optimize measuring and evaluation techniques. A handheld linear array System (commercially available) is applied for fast 2D-measurement and subsequent phase sensitive 3D-imaging (new Software development).
In a large concrete wall specimen tendon ducts and real prestressing Systems containing grouting defects were built in. The ducts are partly covered by non prestressed reinforcement bars in order to investigate its disturbing influence. These included objects were investigated afterwards with the described methods. We report on large area measuring results, which were partly verified by y-radiography. In the frame of practical application results of measuring the position and extend of a blockade within a posttensioned structure are presen ted.