Brückenmonitoring mit Hilfe vernetzter Sensorik

Transkript

1 Norderelbbrücke in Hamburg Brückenmonitoring mit Hilfe vernetzter Sensorik Folie 1/20

2 Hintergründe und Motivation Bauwerkssicherheit Bauwerkswartung und -erhaltung Sanierung oder Ersatz? Zahlen und Fakten Folie 2/20

3 Bauwerkssicherheit!? Wie konnte das passieren? Was sind die Ursachen? Wie hätte man diese Katastrophe vermeiden können? Wer ist Schuld? Minneapolis Einsturz Ursache - Materialermüdung Folie 3/20

4 Bauwerkswartung und -erhaltung DIN 1076, Deutsche Bahn Richtlinie Prüfungsintervalle 1 bis 6 Jahre Visuelle Prüfung Hohe Kosten Frage nach Ergänzung und Alternativen? Folie 4/20

5 Zahlen und Fakten Die Zahl der Brücken in Deutschland ca , davon ~ für Fernverkehr. Das deutsche Brückenvermögen wird von Fachleuten auf 40 Mrd. Euro geschätzt. Der Anteil an kritischen Brückenbauwerken macht etwa 12% des Gesamtbestandes aus. In den USA (2004) liegt diese Zahl bei Die Instandhaltungskosten können von der öffentlichen Hand kaum noch bzw. nicht mehr aufgebracht werden Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung, SFB 477 Folie 5/20

6 Ziele Sicherstellung der Standsicherheit, Dauerhaftigkeit und Verkehrssicherheit: Ergänzung der visuellen Prüfung Kostenreduzierung der Wartung und Instanthaltung Bessere Restlebensdauerabschätzung Bessere Qualitätssicherung Besseres Verständnis der Bauwerke mit dem Ziel verbesserter Bauwerksmodelle und Bauwerksauslegung Folie 6/20

7 Nervensysteme Vortrag zum Thema Bauwerksmonitoring, Prof. Dr.-Ing. Thomas Schmidt Folie 7/20

8 Überblick zur Gesamtaufgabe Geometriemodell Bemessungsmodel Monitoringmodell Nervensystem Physikalisches Modell Statistisches Modell CAD-Modell Simulation Vortrag zum Thema Bauwerksmonitoring, Prof. Dr.-Ing. Thomas Schmidt Folie 8/20

9 Monitoringkonzept Bewertung des Ist-Zustandes des Bauwerks Schadensdetektion Vorab-Modellierung des Bauwerks Konzeption der Sensortypen und -standorte Messung der Ist-Größen Initialmessungen Strukturidentifikation Modellentwicklung Endgültige Festlegung des Langzeitmonitoringkonzeptes Aufbau und Evaluation Modelladaption, -optimierung Aufbau eines Frühwarnsystems Vortrag zum Thema Bauwerksmonitoring, Prof. Dr.-Ing. Thomas Schmidt Folie 9/20

10 Sensorik und Messtechnik Standard Sensorik Temperatursensoren Feuchtesensoren Wegsensoren Geschwindigkeits-/Beschleunigungsensoren Spannungs-/Druck- bzw. Dehnungssensoren Vortrag zum Thema Bauwerksmonitoring, Prof. Dr.-Ing. Thomas Schmidt Folie 10/20

11 Sensorik und Messtechnik Kabelgebundene Messtechnik Zentrale Datenerfassung Datenerfassungssystem Zentrale Datenverarbeitung und Datenanalyse Sensoren Lokale Datenerfassung durch kabelgebundene Sensoren Vortrag zum Thema Bauwerksmonitoring, Prof. Dr.-Ing. Thomas Schmidt Folie 11/20

12 Beispiel - Brückenmonitoring Risssensoren Temperatursensoren Feuchtesensoren Geschwindigkeitssensoren ~50 Sensoren Einige Kilometer Kabel!!! ~380 MB Daten je Tag Folie 12/20

13 Vernetzte Sensorik Kabellos!!!!! Kostengünstige Sensorknoten Schneller Auf-/ Aus-/ Umbau Sensorknoten Clusterknoten Zentrale Vortrag zum Thema Bauwerksmonitoring, Prof. Dr.-Ing. Thomas Schmidt Folie 13/20

14 Herausforderungen Datenübertragungsraten Datenanalyse /-verarbeitung Datenreduktion Datenkompression Datensicherheit (Manipulation, Verschlüsselung) Reichweiten der Funkübertragung Energieversorgung Robustheit Witterung, Umwelteinflüsse Netzdichte Vortrag zum Thema Bauwerksmonitoring, Prof. Dr.-Ing. Thomas Schmidt Folie 14/20

15 Aufbau von Sensornetzwerken Zentrale Datenverarbeitung und Datenanalyse Zentrale Datenanalyse Lokale Datenerfassung Cluster Datenverarbeitung Lokale Datenerfassung u. -verarbeitung Lokale Datenerfassung Vortrag zum Thema Bauwerksmonitoring, Prof. Dr.-Ing. Thomas Schmidt Folie 15/20

16 Motes und Mems Aufbau und Funktion Vortrag zum Thema Bauwerksmonitoring, Prof. Dr.-Ing. Thomas Schmidt Folie 16/20

17 VibrEnergy BridgeLog Folie 17/20

18 Energieautarke Sensorknoten Elektromagnetische Harvester Piezoelektrische Harvester Solarzellen Energie aus Winden Thermoenergie Vortrag zum Thema Bauwerksmonitoring, Prof. Dr.-Ing. Thomas Schmidt Folie 18/20

19 Fazit Kabellose Sensornetzwerke werden derzeit weltweit entwickelt. Die eingangs erwähnten Herausforderungen wurden teilweise schon bewältigt. Dennoch besteht weiterhin ein hoher Forschungs-/Entwicklungsbedarf. Der Weg zum Bauwerks-Nervensystem ist noch weit! Folie 19/20

20 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit! Folie 20/20