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Projekt
Entwurfsmethodik für ein lebensdauerübergreifendes Bauwerksmonitoring bei unbekanntem Schadensprozess – Optimierte Sensornetze
Antragsteller
Professor Dr.-Ing. Steffen Marx
Fachliche Zuordnung
Konstruktiver Ingenieurbau, Bauinformatik und Baubetrieb
Förderung
Förderung seit 2022
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 501808860
Die messdatengestützte Zustandsbewertung von Strukturen (engl. Structural Health Monitoring, SHM) hat in den letzten Jahren erheblich an Bedeutung gewonnen. Der aktuelle Entwicklungsstand von SHM-Systemen zeigt jedoch Defizite: Sie werden immer noch überwiegend auf Basis von Expertenwissen entworfen und häufig reaktiv als Antwort auf bereits aufgetretene Schäden ausgelegt. Das liegt darin begründet, dass bislang weder Mechanismen, noch Orte oder Zeitpunkte von Schäden zuverlässig prognostiziert werden können. Das Forschungsvorhaben schließt diese Forschungslücke, indem Grundlagenforschung zur Konzeptionierung von Monitoringsystemen betrieben wird, welche die neuralgischen Punkte von Spannbetonbrücken bereits vor Schadenseintritt zuverlässig überwachen können. In der ersten Projektphase (2022–2025) lag der Fokus auf der Identifizierung von Bauwerkspunkten mit hohem Schädigungspotential und relevanten physikalischen Größen zu deren Überwachung. Es wurden zwei Ansätze untersucht: (1) ein clusterbezogener Ansatz, der Schäden des konkreten Untersuchungsobjektes über die systematische Auswertung ähnlicher Brückenbauwerke prognostiziert, und (2) ein objektbezogener Ansatz, der durch die Analyse des spezifischen Objektes neuralgische Bauwerkspunkte identifiziert. Das hier beantragte Projekt „Optimierte Sensornetze“ setzt das Ausgangsprojekt fort und wird dessen Ergebnisse aufgreifen, erweitern und validieren. Übergreifendes Ziel in der zweiten Projektphase ist die Verknüpfung der physikalischen Größen mit konkreten Monitoringkonzepten zur Schadensidentifizierung. Um dies zu erreichen, wird der SHM-Prozess holistisch betrachtet: von der Erfassung der Sensorsignale am Bauwerk über deren Verarbeitung zu physikalisch interpretierbaren Größen bis hin zur Extraktion von Schadensmerkmalen aus diesen physikalischen Größen. Ein wesentlicher Schwerpunkt liegt auf der Berücksichtigung unvermeidbarer Unsicherheiten entlang dieser Prozesskette. Diese entstehen durch zufällige und systematische Einflüsse wie Messrauschen, Umwelteinwirkungen oder Modellierungsannahmen und beeinträchtigen die Zuverlässigkeit der Schadensidentifikation erheblich. Im Projekt werden diese Unsicherheiten systematisch identifiziert, quantifiziert und ihre Fortpflanzung entlang der Prozesskette analysiert. Die gewonnenen Erkenntnisse bilden die Grundlage für die Entwicklung eines Frameworks, das die Auswirkungen von Unsicherheiten auf die Zuverlässigkeit von Sensornetzen anhand von vordefinierten Metriken quantifizieren kann. Im nächsten Schritt erfolgt die Erweiterung des Frameworks um die Kosten-Nutzen-Optimierung von Sensornetzen. Das Ziel der Optimierung ist die Maximierung des Informationsgewinns bei gleichzeitiger Reduktion der Kosten für das SHM-System. Abschließend wird das entwickelte Framework unter Berücksichtigung realer Umwelt- und Betriebsbedingungen an der Forschungsbrücke openLAB validiert.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
