Projekt SimAS - Digitaler Zwilling zur Simulation der Ausbreitung akustischer Wellen in Spannbetonelementen

13.02.2025

• Gegenstand
• Ziel
• Methodik
• Partner + Förderer

Brüche von Spanndrähten können zum Einsturz von Spannbetonbrücken ohne Vorankündigung führen. Beim Bruch von Spanndrähten werden Ultraschallwellen emittiert, die sich im Bauwerk ausbreiten und die mit der Technik Schallemissionsanalyse detektiert werden können. Das ermöglicht eine Überwachung und somit den sicheren Betrieb gefährdeter Brücken, bis diese ersetzt werden können.

Mit Hilfe des digitalen akustischen Zwillings wird die Planung, Installation und der Betrieb von Überwachungssystemen für Brücken optimiert. Durch die Effizienzsteigerung können Überwachungssysteme schneller installiert und kostengünstiger, und in größerer Breite betrieben werden – ein wichtiger Beitrag zu einer sicheren Infrastruktur.

Grundlage für die Überwachung der Brücken ist die Detektion von Ultraschallwellen, die beim Bruch von Spanndrähten emittiert werden. Durch die Simulation und Visualisierung der Schallausbreitung in den Spannbetonbrücken und die Fusion der simulierten mit realen Daten können die Monitoringsysteme sowie die Auswertung der Signale optimiert werden.

Partner:

• Vallen Systeme GmbH, Wolfratshausen, Deutschland
• Mondaic AG, Zürich, Schweiz

Förderung:

IraSME – International research activities by small and medium-sized enterprises

• Deutschland: ZIM Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand des Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz BMWK
• Schweiz: Innosuisse Schweizerische Agentur für Innovationsförderung

Ab den 1950er Jahren setzte sich die Spannbetonbauweise für Brücken mit großen Spannweiten durch. Diese Technik ermöglicht den Bau sehr schlanker, eleganter Brücken. Die mangelnde Erfahrung aus der Anfangszeit der Bauweise stellt uns heute vor Probleme. So sind die bis in die 1970er Jahre verwendeten Spannstähle empfindlich gegenüber Spannungsrisskorrosion. Durch hohe Verkehrs- und Temperaturbelastungen können die durch Korrosion vorgeschädigten Spanndrähte reißen. Das kann zum Einsturz von Brücken führen, ohne dass sich dies durch äußerlich sichtbare Schäden ankündigt.

Die derzeit einzige zuverlässige und ökonomisch vertretbare Technik zur Detektion von Spanndrahtbrüchen ist die Schallemissionsanalyse. Damit werden die durch einem Drahtbruch entstehenden und sich im Beton ausbreitenden Ultraschallwellen erfasst.

Im Projekt SimAS wird ein digitaler akustischer Zwilling zur Simulation der Ausbreitung von Ultraschallwellen in Spannbetonkonstruktionen entwickelt. Der Zwilling wird die Planung, Optimierung und den Betrieb von Monitoringsystemen zur Detektion von Spanndrahtbrüchen sowie die Bewertung und Dokumentation der Mess- und Metadaten unterstützen.

Der digitale akustische Zwilling soll es dem Anwender ermöglichen, eine virtuelle Spannbetonstruktur zu erstellen und Positionen von virtuellen Spanndrahtbrüchen in der Struktur festzulegen. Mit der anschließenden Simulation kann die Anordnung der Sensoren im Monitoring optimiert werden. Durch den Vergleich simulierter und im Monitoring detektierter Signale wird die Identifikation von Spanndrahtbrüchen effizienter, die Zuverlässigkeit des Monitorings wesentlich verbessert und es können Aussagen über die Detektionswahrscheinlichkeit getroffen werden. Simulations- und Messdaten werden fusioniert und über anwenderfreundliche Benutzeroberflächen zugänglich gemacht. Im Projekt erzeugte Daten werden nach dem FAIR-Prinzip veröffentlicht.

Partner

Vallen Systeme GmbH
www.vallen.de

Mondaic AG
www.mondaic.com

Förderung

Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM)

Innosuisse
Schweizerische Agentur für Innovationsförderung