Entwicklung und Analyse von Merkmalen für datengetriebene Ansätze zur Schadenserkennung an Brücken basierend auf Einflusslinien aus nichtinvasiven Messverfahren

Abstract

Brücken sind ein wichtiger Bestandteil der Infrastruktur, deren Funktion muss eine lange Zeit aufrechterhalten werden. Die bisherige konventionelle Brückenprüfung erfolgt durch visuelle handnahe Untersuchungen in festen Prüfintervallen. Dabei können nur Schäden erkannt werden, die sich auch an der Oberfläche abzeichnen oder erst durch weitere Prüfverfahren, die vom jeweiligen Prüfingenieur initiiert werden. Beim Brückenmonitoring können auch Schäden im Inneren der Brücke durch die Messung und Analyse der Brückenbewegung erkannt werden. Somit stellt Brückenmonitoring eine Ergänzung zur konventionellen Brückenprüfung dar. Für das Brückenmonitoring werden Sensoren benötigt, mit denen die Brückenbewegung erfasst werden kann, die aus Fahrzeugüberfahrten über diese resultieren. Aus dem gemessenen Signal kann jedoch nicht ohne Weiteres auf einen Schaden geschlossen werden. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Extraktion von Merkmalen aus dem Messsignal sowie mit deren Vergleich und Analyse. Die Merkmale werden aus Verschiebungssignalen, die mit dem Ground-Based Radar (GBR) gemessen werden können, extrahiert und mit denen basierend auf den Dehnungen, die mit Dehnungsmessstreifen aufgenommen werden, verglichen. Das GBR misst kontaktlos und kann mobil eingesetzt werden. Beide Messsysteme schränken den fließenden Verkehr auf der Brücke nicht ein. Die hier betrachteten Merkmale basieren auf sogenannten Einflusslinien, die das resultierende Signal an einem festen Referenzpunkt (Sensorposition) darstellen, welches sich aus einer über die Struktur wandernden Einheitslast ergibt. Somit ergibt sich für die Extraktion der Merkmale aus den gemessenen Signalen, dass ein Zeitfenster verwendet wird, in dem eine Überfahrt eines einzelnen Fahrzeugs über die Brücke statt gefunden hat. Im Vergleich der Merkmale schneiden die sogenannten R-Merkmalsvariationen am besten ab und werden ausführlicher analysiert. Die R-Merkmalsvariationen stellen das Verhältnis zweier integrierter Einflusslinien oder Teileinflusslinien dar, wobei die Einflusslinien an zwei unterschiedlichen Sensorpositionen bestimmt werden. Dabei erweisen sich die R-Merkmalsvariationen als schadenssensitiv und unabhängig gegenüber unterschiedlichen Fahrzeuggeometrien, auch unter Berücksichtigung von Messrauschen. In den ausführlichen Untersuchungen zeigt sich, dass mit gewissen Sensoranordnungen eine Unabhängigkeit gegenüber unterschiedlichen Fahrspuren und Temperaturänderungen erreicht werden kann. Ein weiterer Vorteil der R-Merkmalsvariationen ist, dass die Einflusslinien nicht explizit bestimmt werden müssen, um diese zu berechnen