Erarbeitung eines Dauerhaftigkeitsmonitorings im Rahmen der Zustandsbewertung von Infrastrukturbauwerken mit SHM Systemen

Description

Die Helmut-Schmidt-Universität / Universität der Bundeswehr Hamburg (HSU) hat am 11. August 2020 gemeinsam mit der Universität der Bundeswehr München das neue "Zentrum für Digitalisierungs- und Technologieforschung der Bundeswehr" (kurz dtec.bw) gegründet. In dem dtec.bw-Projekt UT 7019 „Digitalisierung von Infrastrukturbauwerken zur Bauwerksüberwachung: Structural Health Monitoring“ (SHM) beabsichtigt die HSU gemeinsam mit einem Auftragnehmer Methoden zu entwickeln, die unter der Nutzung von Daten verschiedener Sensoren die zuverlässigkeitsbasierte digitale Zustandsbewertung von bestehenden Infrastrukturbauwerken erlauben. Sie will mit dem Auftragnehmer ein Dauerhaftigkeitsmonitoring, das eine fortlaufende Erfassung der Monitoringdaten sowie eine kontinuierliche Validierung der Zustandsprognose möglich macht, erarbeiten. Lot 1: Das Ziel des Projekts UT 7019 der HSU ist die Erarbeitung und Bereitstellung von Methoden, die unter Nutzung von Daten verschiedener Sensoren die zuverlässigkeitsbasierte digitale Zustandsbewertung von bestehenden Infrastrukturbauwerken erlauben. Unter Structural Health Monitoring (SHM) wird die zerstörungsfreie Dauerüberwachung von Bauwerken durch eingebettete oder applizierte Sensoren unterschiedlicher Art verstanden. Die Sensoren liefern periodisch oder kontinuierlich Daten, die gesammelt, analysiert und archiviert werden. Die Daten erlauben die Bewertung der Zuverlässigkeit mit Fokus auf Tragfähigkeit, Gebrauchstauglichkeit und Dauerhaftigkeit sowie die Identifikation sich entwickelnder Schäden und Defekte in einem frühen Stadium. Im Rahmen des Projekts wird an einem Dauerhaftigkeitsmonitoring, das eine fortlaufende Erfassung der Monitoringdaten erlaubt und eine kontinuierliche Validierung der Zustandsprognose möglich macht, gearbeitet. Ziel ist die Bewertung und Prognose des Korrosionszustandes ausgewählter Stahlbetonbauwerke auf Basis von Inspektions- und vor allem auf Basis von Monitoringdaten. Die ermittelten Messwerte werden mit Algorithmen (Smart Analytics) in die gewünschten Korrosionsparameter umgerechnet. Die Algorithmen minimieren zusätzlich die Fehler durch Sensordrift und erkennen den Ausfall einzelner Sensoren. Darüber hinaus wird jeder Multisensor mit Redundanzen ausgestattet, um Sensorausfälle zu identifizieren und kompensieren zu können. Der Multisensor wird in die Betondeckung, also in das Bauwerk eingebettet. Dafür sind minimal invasive Methoden zur Installation erforderlich. Nach dem Einbau des Multisensors werden alle etwaig entstandenen Löcher wieder reprofiliert und die Geometrie und Funktionalität wiederhergestellt. Das Dauerhaftigkeitsmonitoring unterscheidet sich in der zeitlichen Perspektive grundsätzlich von den meisten anderen Monitoringzielen. Transport- und Schädigungsmechanismen von Beton und Stahlbeton, die deren Dauerhaftigkeit beeinträchtigen, laufen sehr langsam über lange Zeiträume ab. Daher ist das Datenmanagement (Messfrequenz, Datenverarbeitung, Datenauswertung) individuell auf den Ausgangszustand/Korrosionszustand eines jeden Bauwerks anzupassen. Der Auftragnehmer soll im Projekt einen Multisensor weiterentwickeln, welcher die elektrischen Komponenten zur Datenspeicherung sowie Datenübertragung beinhaltet. Die gewonnenen Messwerte werden mit der Software (Smart Analytics) und mit im Rahmen des Projekts weiterzuentwickelnden Algorithmen in die jeweils gewünschten Korrosionsparameter umgerechnet. Der Auftragnehmer muss folgende Leistungen im Rahmen des Projekts UT 7019 erbringen: - Identifizierung geeigneter Bauwerke und Ausarbeitung eines Monitoringkonzepts auf Basis der Bauwerksdaten. Das Monitoringkonzept beinhaltet die Informationen und Begründungen zu dem Aufbau/ den Abmessungen des Multisensors, der Anzahl der zu installierenden Multisensoren, der Festlegung der Positionen der Multisensoren, der Messfrequenzen, der Intervalle der Datenverarbeitung sowie der Wahl der Randbedingungen zur Datenspeicherung. - Installation der Multisensoren am Bauwerk. - Entwicklung des Multisensorensetups (inkl. Datenübertragungsmöglichkeiten) und dessen Installationsmethode unter Beachtung der Konnektivitätsbedingungen der verschiedenen Bauwerke. - Auswertung und Bewertung der Monitoringdaten (Chloridkonzentrationen, pH-Wert, elektrische Widerstände des Betons, Stahlpotentiale und Temperatur). - Konzeptualisierung der Art und Weise der Darstellung von Korrosionsdiagnose und Prognose (Korrosionszustandsbewertungssystem). - Konzeptentwicklung zur Datenintegration in einen digitalen Zwilling/Building Information Modeling (BIM).