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Vorspannvermessungen an Baukonstruktionen. Abschlußbericht
Bauforschung, Band T 2813H Falkner, M Teutsch, H.J. Wichmann
TU Braunschweig, Institut für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz -iBMB-, Fachgebiet Massivbau
1997, 98 S.
Fraunhofer IRB Verlag
Inhalt
Es wurde eine Meßanlage mitsamt Sensoren zur Bestimmung der Spannstahlspannung mit Hilfe eines magnetoelastischen Meßverfahrens entwickelt. Die Meßanlage ermöglicht es, mehrere magnetische Kenngrößen gleichzeitig zu bestimmen. Hierdurch wird die Meßgenauigkeit bei der Bestimmung der Spannstahlspannung verbessert und die Messung von Kräften mit dem magnetoelastischen Verfahren bei bestimmten Spannelementtypen (z.B. nicht siliziumreduzierte Stähle) ermöglicht. Unter Berücksichtigung der Meßunsicherheit des Meßverfahrens und des Meßgerätes kann bei der Bestimmung der Spannstahlspannung mit der entwickelten Meßanlage von einer Meßunsicherheit von ca. 20 bis 30 N/qmm ausgegangen werden. Die Ergebnisse der Belastungsversuche wurden durch einen Versuch mit einer Litze sowie einen Versuch mit einem Seil verifiziert und bestätigt. Bei diesen Bauteilversuchen wurde die Tauglichkeit des Meßverfahrens und der Sensoren auch im baupraktischen Einsatz bewiesen. Die Meßmethode eignet sich zur Messung der Spannstahlspannungen in der Herstellungs- und Nutzungsphase von Bauwerken und Bauteilen. Es bieten sich hierfür insbesondere rückverankerte Systeme (Spundwände) und vorgespannte Systeme ohne Verbund an. Überwacht werden können ferner die Seilkräfte in Sendemastseilen und Schrägkabelbrücken.
Verfügbare Formate
Inhaltsverzeichnis
1 Ausgangslage/Problemstellung 1
2 Stand der Forschung 2
2.1 Bisher verwendete Verfahren 2
2.2 Vorgehensweise dieses Vorhabens 2
3 Grundlagen des Magnetismus 3
3.1 Grundbeziehungen des Magnetismus 3
3.2 Die Magnetisierungskurve 4
3.3 Die Hysteresekurve ferromagnetischer Materialien 5
3.4 Der magnetoelastische Effekt 7
4 Beschreibung des Meßprinzips und der Meßelektronik 8
4.1 Meßprinzip zur Messung magnetischer Kenngrößen 8
4.2 Mathematische Beziehungen 8
4.3 Bestimmung der magnetischen Kenngrößen 9
4.3.1 Messung der Permeabilität 9
4.3.2 Messung der Induktion 10
4.3.3 Messung der Maximalinduktion 11
4.3.4 Messung der Remanenz 11
4.3.5 Messung der Koerzitivfeldstärke 11
4.3.6 Bestimmung der Spannelementtemperatur 11
4.3.7 Bestimmung der Spannkraft aus den magnetischen Kenngrößen 12
4.4 Kurzbeschreibung der Messanlage 12
5 Kalibrierung und Unsicherheitsbestimmung der Messanlage 16
5.1 Grundlagen 16
5.2 Bestimmung der Messunsicherheit der Erregerstrommessung 16
5.3 Bestimmung der Messunsicherheit der Auswerteelektronik 18
5.4 Abschätzung der Gesamtmessunsicherheit des Messgerätes 19
6 Die magnetoelastischen Sensoren 21
6.1 Sensoraufbau 21
6.2 Sensordimensionierung 23
7 Untersuchte Werkstoffe 25
8 Zugversuche 27
8.1 Das Kalibrierverfahren 27
8.2 Kaltgezogene Drähte (Stähle von Trefil, Nedri, WDI) 27
8.2.1 Stabspannglied TREFIL1 27
8.2.2 Litze von WDI 29
8.2.3 Weitere Drähte anderen Typs und anderer Hersteller 32
8.3 Messunsicherheit der Spannkraftmessung 35
8.4 Stähle mit hohem Siliziumgehalt 35
8.4.1 Die Stabspannglieder KRUPP1 und KRUPP2 35
8.5 Spannanker für die Transrapid-Versuchsstrecke 39
9 Chargeneinflüsse 41
10 Einfluss der Temperatur auf die magnetischen Kenngrößen 42
11 Einfluss der Temperatur auf die Spannungsabhängigkeit der magnetischen
Kenngrößen 45
12 Vergleich der magnetoelastischen Sensoren mit anderen Kraftaufnehmern 49
12.1 Vergleichsversuch mit einer Kraftmessdose zur Bestimmung der Fertigungstoleranzen der Sensoren 49
12.2 Vergleich des magnetoelastisches Verfahrens mit herkömmlichen Methoden 51
13 Bauteilversuche 52
13.1 Vorspannung bei verbundlos geführten Spanngliedern 52
13.2 Kraftmessung in Seilen 54
14 Archivierung der Messergebnisse 58
15 Zusammenfassung 60
16 Literaturverzeichnis 62
A Aufbau, Funktion und Dimensionierung der Hardware und Software des Messgerätes 64
A.1 Überblick über die Hardware des Primärkreises 64
A.2 Leistungsverstärkerkonzeptionierung 66
A.3 Lastteil der Stromquelle 67
A.3.1 Leistungsverstärker 67
A.3.2 Treiberstufe 68
A.3.3 Messeinrichtung 68
AA Steuerungsteil der Stromquelle 69
A.4.1 Analoge Versorgung und -Überwachung 69
A.4.2 Galvanische Trennung 70
A.4.3 Analog-Digital-Konverter 71
A.4.4 Signalgenerator 72
A.4.5 Tiefpassfilter 73
A.5 Die Regelung des Erregerstroms 76
A.5.1 Grundlagen der Regelungstechnik 76
A.5.2 Regelungskonzeptionierung 77
A.6 Aufbau und Funktion der Auswerteelektronik der Sekundärseite 80
A.61 Beschreibung des Blockschaltbildes 80
A.6.2 Temperaturbestimmung 81
A.6.3 Integration der Spitzenspannung 81
A.6.4 ADC-Konverter 82
A.7 Auswertealgorithmus zur Ermittlung der Spannkraft 82
B Bodediagramme zum Reglerentwurf 85
C Verwendete Größen und Abkürzungen 92
D Technische Daten des Messgerätes 95
Spannbeton, Messverfahren, Messung, Spannkraft, Spannstahl, Kontrolle, Überwachung, Sicherheit, Sensor, Hysterese, Spannungsmessung, Fehler, Messfehler, Spannlitze, Spundwand, Verankerung, Rückverankerung, Sendemast, Stahlmast, Schrägkabelbrücke, Seilkraft, Spannglied, Messung(zerstörungsfrei), Prüfung(zerstörungsfrei),
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