Auswertung und Analyse profilhafter Überwachungsmessungen mit einem terrestrischen Laserscanner

Abstract

Durch die Zunahme des Verkehrs auf der Straße sind Brückenbauwerke heutzutage deutlich stärker beansprucht, als dies zu Zeiten ihrer Errichtung vorgesehen war. Es ist daher notwendig Life-Cycle-Konzepte zur Überprüfung der Zuverlässigkeit der Tragwerke zu entwickeln, die allfällige Ermüdungserscheinungen frühzeitig erkennen können. Im Rahmen dieser Diplomarbeit wird die Einsetzbarkeit eines terrestrischen Laserscanners für diese Aufgabenstellung untersucht. Aus profilhaften Messungen der Brückenunterseite unter verkehrsbedingten Auflasten sollen Biegelinien modelliert werden, aus denen in weiter Folge Dehnungen abgeleitet werden. Es werden hierbei Messdaten von ca. 15 Minuten analysiert, welcher von einem Team der Gottfried Leibnitz Universität 2013 an einer Brücke der "R2 - Hochstraße Rethen" in Hannover aufgenommen wurden. Es werden zwei mögliche Modellierungsansätze aufgezeigt und auf ihre Einsetzbarkeit untersucht. Zum einen sind dies B-Splines, welche aus der Computergrafik stammen und zum anderen mittels Kollokationsrechnung. In der Modellierung mittels B-Splines wird in dieser Arbeit ein besonderes Augenmerk auf die Wahl des Knotenvektors gelegt und sein Einfluss auf das Approximationsergebnis untersucht. Die so gewonnenen Dehnungen werden mit Dehnungsmessungen verglichen, welche aus Messungen mittels Dehnungsmessstreifen erhalten wurden. Es zeigt sich dabei, dass mittels der in dieser Diplomarbeit beschriebenen Verfahren zur B-Spline-Modellierung Dehnungen ab einer Größe von 2 -m m in ihrer Form des Peaks aufgedeckt werden können. Es bleiben dennoch Residuen in der modellierten Größe der Dehnung. Darüber hinaus können lokale negative Dehnungen mittels der vorgestellten Methoden aufgrund ihres Filterungscharakters nicht modelliert werden. Die vorgestellte Methode in der Kollokationsrechnung liefert für die Modellierung die zuverlässigsten Ergebnisse hinsichtlich der Approximationsgüte. Die erhaltenen Dehnungen sind jedoch aufgrund des zu großen Punktabstandes in den prädizierten Messwerten stark verrauscht. Leistungsfähigere Hardware würde benötigt werden, um das Potenzial dieses Modellierungsansatzes restlos klären zu können.

Increased traffic has resulted in bridges being subjected to greater stresses than was envisaged when they were designed. As a result, it is necessary to develop life-cycleconcepts to check the structural integrity of the bearing structure and for the early identification of structural fatigue. In this thesis the applicability of a terrestrial laser scanner was evaluated. Bending lines were modelled from cross-sectional measurements taken from the bottom slab of a bridge which was stressed with traffic loads. Distensions were then calculated as a further step. Data collected over a period of about 15 minutes were analysed. The data were collected in 2013by a team from the "Gottfried Leibnitz University" at the "R2 - Hochstraße Rethen" in Hannover. Two different modelling strategies were adopted. The first used B-Splines, which were originally developed for computer graphics and adapted for this study. There was a particular focus on the optimal knot-vector and its impact to the approximation result. The second strategy involved a least squares collocation. The calculated distensions were compared to measurement data from strain gauges. It was shown, that with the B-Spline modelling algorithms it was possible to disclose distensions above in their shape. Nevertheless, there were still remaining residuals in the size of the modelled distensions. In addition, because of their filtering character, local negative distension cannot be modelled in these ways. The algorithms for the least squares collocation produced the best results as far as approximation quality was concerned. Furthermore, the calculated distensions were very noisy, because of the intervals between the predicted measurement values were too large. More powerful hardware would be needed to discover the full potential of this method.