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KOBRA - Dokumentenserver der Universität Kassel  → Fachbereiche  → FB 14 / Bauingenieur- und Umweltingenieurwesen  → Institut für konstruktiven Ingenieurbau (IKI)  → Fachgebiet Massivbau  → Dissertationen 

Please use this identifier to cite or link to this item: http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:hebis:34-2006051511871

Title: Überwachung der Vorspannkraft Externer Spannglieder mit Hilfe der Modalanalyse
Authors: Riad, Khaled
???metadata.dc.subject.swd???: Vorspannung ohne VerbundBrückenbau
???metadata.dc.subject.ddc???: 620 - Ingenieurwissenschaften (Engineering and allied operations)
Issue Date: 15-May-2006
Abstract: Aufgrund ihrer Vorteile hinsichtlich Dauerhaftigkeit und Bauwerkssicherheit ist in Deutschland seit 1998 die externe Vorspannung in Hohlkastenbrücken zur Regelbauweise geworden. Durch Verwendung der austauschbaren externen Vorspannung verspricht man sich im Brückenbau weitere Verbesserungen der Robustheit und damit eine Verlängerung der Lebensdauer. Trotz des besseren Korrosionsschutzes im Vergleich zur internen Vorspannung mit Verbund sind Schäden nicht völlig auszuschließen. Um die Vorteile der externen Vorspannung zu nutzen, ist daher eine periodische Überwachung der Spanngliedkräfte, z. B. während der Hauptprüfung des Bauwerks, durchzuführen. Für die Überwachung der Spanngliedkräfte bei Schrägseilbrücken haben sich die Schwingungsmessmethoden als wirtschaftlich und leistungsfähig erwiesen. Für die Übertragung der Methode auf den Fall der externen Vorspannung, wo kürzere Schwingungslängen vorliegen, waren zusätzliche Untersuchungen hinsichtlich der effektiven Schwingungslänge, der Randbedingungen sowie der effektiven Biegesteifigkeit erforderlich. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde das Modellkorrekturverfahren, basierend auf der iterativen Anpassung eines F.E.-Modells an die identifizierten Eigenfrequenzen und Eigenformen des Spanngliedes, für die Bestimmung der Spanngliedkräfte verwendet. Dieses Verfahren ermöglicht die Berücksichtigung der Parameter (Schwingungslänge, Randbedingungen und effektive Biegesteifigkeit) bei der Identifikation der effektiven Spanngliedkräfte. Weiterhin ist eine Modellierung jeder beliebigen Spanngliedausbildung, z. B. bei unterschiedlichen Querschnitten in den Verankerungs- bzw. Umlenkbereichen, gewährleistet. Zur Anwendung bei der Ermittlung der Spanngliedkräfte wurde eine spezielle Methode, basierend auf den besonderen dynamischen Eigenschaften der Spannglieder, entwickelt, bei der die zuvor genannten Parameter innerhalb jedes Iterationsschrittes unabhängig korrigiert werden, was zur Robustheit des Identifikationsverfahrens beiträgt. Das entwickelte Verfahren ist in einem benutzerfreundlichen Programmsystem implementiert worden. Die erzielten Ergebnisse wurden mit dem allgemeinen Identifikationsprogramm UPDATE_g2 verglichen; dabei ist eine sehr gute Übereinstimmung festgestellt worden. Beim selbst entwickelten Verfahren wird die benötigte Rechenzeit auf ca. 30 % reduziert [100 sec à 30 sec]. Es bietet sich daher für die unmittelbare Auswertung vor Ort an. Die Parameteridentifikationsverfahren wurden an den Spanngliedern von insgesamt sechs Brücken (vier unterschiedliche Spannverfahren) angewendet. Die Anzahl der getesteten Spannglieder beträgt insgesamt 340. Die Abweichung zwischen den durch Schwingungs-messungen identifizierten und gemessenen (bei einer Brücke durch eine Abhebekontrolle) bzw. aufgebrachten Spanngliedkräften war kleiner als 3 %. Ferner wurden die Auswirkungen äußerer Einflüsse infolge Temperaturschwankungen und Verkehr bei den durchgeführten Messungen untersucht. Bei der praktischen Anwendung sind Besonderheiten aufgetreten, die durch die Verwendung des Modellkorrekturverfahrens weitgehend erfasst werden konnten. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Verwendung dieses Verfahrens die Genauigkeit im Vergleich mit den bisherigen Schwingungsmessmethoden beachtlich erhöht. Ferner wird eine Erweiterung des Anwendungsbereiches auch auf Spezialfälle (z. B. bei einem unplanmäßigen Anliegen) gewährleistet.Due to its advantages regarding durability and safety hollow box girder bridges in Germany have to be built since 1998 by means of external prestressing tendons. By use of the exchangeable external tendons further improvements of the robustness in the bridge construction and thus an extension of the operating life are expected. Despite the better corrosion protection in comparison to the internal tendons damage is not to be excluded completely. In order to use the advantages of external prestressing, a periodic monitoring of the tendon forces, e. g. during the main examination of the bridge is to be accomplished. For the monitoring of the tendon forces of cable-stayed bridges the vibration methods proved to be economical and efficient. To apply the method in the case of external tendons, where the vibration lengths are generally shorter, additional investigations were necessary regarding the effective vibration length, the boundary conditions as well as the effective flexural rigidity. In the context of the present work the model correction procedure was used, based on the iterative updating of a F.E.-model using the identified natural frequencies and mode shapes of the tendon for the determination of the tendon forces. This procedure enables the consideration of the parameters (vibration length, boundary conditions and effective flexural rigidity) within the identification of the effective tendon forces. Further on, a modelling of any tendon geometry, e. g. with different cross sections in the anchorage and/or deviator zones, is ensured. A special method, based on the specific dynamic characteristics of the tendons, was developed for the determination of the tendon forces, with which the parameters specified before are corrected independently within each iteration step, which contributes to the robustness of the identification procedure. The developed procedure was implemented in an user friendly program system. The obtained results were compared with the general identification program UPDATE_g2, a very good agreement was observed. Using the developed procedure the necessary computing time reduces to approximately 30 % [100 sec à 30 sec]. Therefore a direct evaluation on site is possible. The parameter identification procedures were used at the tendons of a total of six bridges (four different tendon types). The number of tested tendons amounts altogether to 340. The deviation between identified (by vibration measurements) and measured (for one bridge by pull- off-test) and/or applied tendon forces was less than 3 %. Furthermore the influence of temperature variations and traffic within the accomplished measurements was examined. Some practical problems occurred during the application. The use of the model correction procedure mostly allowed to cope with these problems. To sum up, it can be said that the use of this procedure increases the accuracy, in comparison with previous vibration methods considerably. Furthermore an extension of the range of application, also for special cases (e. g. in the case of unintentionally contact between the tendon and the recess tubes), is realized. Keywords: external prestressing, effective tensile force, model updating, vibration length, effective bending stiffness, temperature variations, output-only modal analysis
URI: urn:nbn:de:hebis:34-2006051511871
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