Beitrag zur zerstörungsfreien Spannungs- und Schnittgrößenermittlung in Stahlbauteilen mittels Ultraschallprüfverfahren
- Bauen im Bestand hat bei heutigen Bauaufgaben einen nicht mehr zu vernachlässigbaren
Anteil eingenommen. Aufgrund erhöhter Deckenlasten in Gebäuden durch Nutzungsänderungen
oder erhöhter Verkehrsdichten auf Brücken wird dabei eine statische
Neuberechnung nach aktuell geltendem Normenwerk notwendig. Dazu ist eine möglichst
genaue und realitätsnahe Kenntnis des Belastungszustandes der zu untersuchenden
Bauwerke unabdingbar. Oftmals ergibt ein konventionell geführter Nachweis
dabei keine ausreichende Tragfähigkeit oder dieser ist aufgrund fehlender Bauwerksunterlagen
erschwert zu führen. In diesem Fall werden bisher aufwendige Probebelastungen
durchgeführt, mit Hilfe derer das wirkliche Tragverhalten eines Bauwerks untersucht
wird. Dadurch können für Neubauten zu verwendende Annahmen entfallen und
die vorhandenen Tragwerksreserven lassen sich ausnutzen. Mit dem in dieser Arbeit
vorgestellten Verfahren der Spannungs- und Schnittgrößenermittlung in Stahlbauteilen
mittels zerstörungsfreiem Ultraschallprüfverfahren können diese hohen Aufwendungen
reduziert werden und es lassen sich wirtschaftlich und schnell die vorhandenen Belastungszustände
bestehender Stahlbauwerke bestimmen.
Dazu wird das Verfahren der Ultraschall- Spannungsermittlung an Baustahlträgern untersucht.
Es wird auf die Besonderheiten desWerkstoffs Baustahl eingegangen und die
speziellen baupraktischen Einflüsse werden betrachtet. In Laborversuchen werden die
Ultraschallwellen auf ihre Genauigkeit und ihre Reproduzierbarkeit hin überprüft sowie
der akusto- elastische Kennwert ermittelt, welcher der Ultraschallwellengeschwindigkeit
im Baustahl den vorhandenen Spannungswert zuordnet. Somit können Längsbiegespannungen
und Schubspannungen belasteter Träger ermittelt werden.
Um die Messergebnisse auf nutzbare Ergebnisse für das gültige Format des zu führenden
Tragfähigkeitsnachweises zu übertragen, wird eine stochastische Aufbereitung der
Messdaten vorgenommen. Aus den gemessenen Spannungen können die Schnittgrößenverläufe
verschiedener vorhandener Belastungszustände stochastisch geschätzt
werden. Das Sicherheitskonzept des Bauwesens wird auf die Verwendung dieser
Schnittgrößenverläufe adaptiert. Mit Hilfe von Messungen an ermittelten nachweisrelevanten
Messstellen steht ein Messsystem und -verfahren zur Verfügung, mit welchem
zerstörungsfreie Tragfähigkeitsnachweise an bestehenden Stahlbauwerken nach aktuell
gültigem Normenwerk geführt werden können. In Praxiseinsätzen während der
Entwicklung wird die Handhabbarkeit des Ultraschall- Messsystems validiert und es
werden Optimierungsmöglichkeiten abgeleitet.
- Todays building industry cannot be imagined without construction in existing buildings.
Higher static loads by the change of use of a building or much higher traffic loads of
bridges needs a static recalculation by current standards. Therefore, it is necessary to
know how loads stress the existing building structure most realistic. Often, the recalculation
does not show a sufficient load- bearing capacity or no documentation of the
structure is available that can be used for recalculation. In that case, expensive load
tests are often used to show the available bearing capacity without idealisations of the
structures and materials. By the here shown method of determination of current load
stresses and internal forces by ultrasonic measurments, these efforts can be reduced
and the current stress situation of existing steel buildings can be determined efficient
and fast.
In this project, the determination of current stress situations in structural steel is investigated.
The special characteristics of the structural steel are regarded and the particular
influences of building- practical conditions are considered. In laboratory tests, ultrasonic
waves are examined for their measurement precision and reproducibility and also
the acusto- elastic constant is determined, that is used to describe dependency between
the ultrasonic speed and the current load condition. With these informations, it is
possible to determine the longitudinal bending stresses and shear stresses in loaded
beams.
These measuring results are evaluated in a stochastic way to show the adequate load
bearing capacity by current standards. With help of the measured load stresses the
internal force distribution is estimated stochastically. The safety concept of the building
industry is adapted to use these internal forces to show the load bearing capacity of
existing steel buildings, with help of detected design relevant measuring points, more
economic. In practical applications, the usability of the measuring systems are validated
and improved.