Entwicklung und Erprobung eines multifunktionalen Geo ...

GeoSN UniBwKapitel 2 Geo-SensornetzwerkEine natürlich auftretende äußere periodische Krafteinwirkung auf ein Objekt, die zuSchwingungen anregt, ist beispielsweise die Windbewegung. Es können aber auch periodischeKräfte durch bestimmte Formen von Nutzungsbelastung auftreten. So könnenSchwingungen etwa durch eine im Gleichschritt marschierende Marschkolonne oderkünstliche Schwingungsgeber, wie Rammmaschinen bei Baumaßnahmen, entstehen. Anregungenbei Brücken aufgrund der normalen Verkehrsbelastung sind aufgrund der zumeistungeordneten Abfolge von Belastungsspitzen eher unwahrscheinlich.Besonders genau muss dabei die so genannte Eigen- oder Resonanzfrequenz des Körpersuntersucht werden. Resonanz bedeutet dabei, dass das sich deformierende Objekt (derResonator) durch eine äußere periodisch auftretende Kraft angeregt wird. Entspricht dieFrequenz der periodischen äußeren Kraft der Eigenfrequenz des Resonators, so wird seineSchwingung kontinuierlich bis zu einer mechanischen Belastungsgrenze verstärkt, da sichdie Wellen ständig konstruktiv überlagern [17]. Eigenfrequenzen können etwa bei Brückenbei 4 Hz liegen [18].Soll das Schwingverhalten eines Objektes im Bereich seiner Eigenfrequenz überwachtwerden, so muss teilweise mit sehr hohen Datenraten gemessen werden, da eine Frequenznur festgestellt werden kann, wenn ihr kontinuierliches Verhalten mit Beobachtungen inmindestens doppelt so hoher Frequenz diskretisiert wurde (Nyquist Theorem). SichereAussagen sind allerdings nur möglich, wenn die Aufzeichnungsfrequenz 4- bis 10-mal sohoch ist.Neben den hochfrequenten Schwingungen sind auch langwellige Schwingungen interessant,die etwa als Folgen von Temperaturschwankungen zwischen Tag und Nacht entstehen(Temperaturgang). Schwingungsperioden können auch in Jahresgängen etwa zwischenSommer und Winter verlaufen. Diese Schwingungen sind insbesondere in Bezugauf die Feststellung der Reaktionsverzögerung zwischen Anregung und Verformung unddie Amplitude der Verformung von Bedeutung.Die Verformung aufgrund von Belastungen wird zum einen im Zuge der fortlaufendenNutzung eines Objektes betrachtet. Derartige Untersuchungen finden insbesondere beiTalsperren und Staudämmen sowie Deichanlagen statt, bei denen die Belastung durch dasgestaute Wasser entsteht. Die Belastung wird dazu über Pegel und Drucksensoren bestimmt,indem über die Höhe des Wasserstandes auf den Druck des aufgestauten Wassersauf das Objekt mittels Rechenmodellen geschlossen werden kann. Bei einigen Bauwerken2 werden häufig schon beim Bau Überwachungssysteme vorgesehen, die die Verformungenüber Lote, Neigungsmesser, Weggeber und andere Sensoren bestimmen ([16],[19]).Neben den natürlichen Gebrauchsbelastungen werden teilweise auch so genannten Belastungstestsdurchgeführt. Sie dienen neben der Untersuchung der fortlaufenden Gebrauchsfähigkeitinsbesondere der Ermittlung maximal möglicher Lasten bis zu einer plastischenirreversiblen Verformung. Derartige Tests finden teilweise an Modellen zum Zwecke vonVoruntersuchungen, etwa bei Neubauten, aber auch an bereits bestehenden Objekten statt.Die Untersuchungen am Objekt sind dabei vorher sehr genau zu planen, um eine Behinderungder fortlaufenden Nutzung oder eine dauerhafte Schadenswirkung zu vermeiden.2 Insbesondere solchen, bei denen ein Objektversagen besonders schwere Auswirkungen hätte, wie etwaStaumauern.- Seite 18 -