DE102006009447B4

DE102006009447B4 - Method for the diagnosis of structures in structures

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Publication number: DE102006009447B4
Application number: DE200610009447
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Bartels Thomas; Reinhard Steiner; Dr. Ing. Waibl Armin
Original assignee: TRAKON GES fur TRAGWERKSUEBERWACHUNG MBH; Trakon Gesellschaft fur Tragwerksueberwachung Mbh
Current assignee: TRAKON GESELLSCHAFT FUER TRAGWERKSUEBERWACHUNG, DE
Priority date: 2006-03-01
Filing date: 2006-03-01
Publication date: 2012-01-26
Anticipated expiration: 2026-03-02
Also published as: DE102006009447A1

Abstract

Verfahren zur Diagnostik von Tragwerken und von belastungsbedingten Verformungen von Bauelementen dieser Tragwerke in baulichen Anlagen, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: (1) Positionierung einer nahezu punktförmigen, definierten Prüflast an verschiedenen Stellen einer baulichen Anlage mit einem Tragwerk (2), wobei die jeweilige Position der Prüflast mit einem Positionserfassungssystem bestimmt wird, (2) Ermittlung der Koordinaten wenigstens dreier Marken (35) auf der Unterseite eines Bauelements (3) des Tragwerks (2) mittels eines Lageerfassungssystems (30) für alle Bauelemente (3, 4, 5, 6, 7, 8) und für jede Position der Prüflast, (3) Übertragung und Speicherung der Meßwerte in einem Auswerterechner mit einem Auswerteprogramm, das für jede Position der Prüflast ein Meßpunktnetz (15) aus den Koordinaten der Einzelmeßwerte ermittelt und dieses mit einem Referenzwertnetz vergleicht, das ein Meßpunktnetz (15) des unbelasteten Tragwerks (2) darstellt. (4) Berechnung von Belastungskennwerten des Tragwerks (2) der baulichen Anlage für jede Position der Prüflast aus den Abweichungen der Koordinaten...Procedure for the diagnosis of structures and deformations of structural elements of these structures in structural systems, characterized by the following process steps: (1) Positioning of an almost punctiform, defined test load at various points of a structural system with a structure (2), the respective position of the Test load is determined with a position detection system, (2) determining the coordinates of at least three marks (35) on the underside of a component (3) of the supporting structure (2) by means of a position detection system (30) for all components (3, 4, 5, 6, 7, 8) and for each position of the test load, (3) transmission and storage of the measurement values in an evaluation computer with an evaluation program which determines a measurement point network (15) for each position of the test load from the coordinates of the individual measurement values and compares this with a reference value network, which represents a measuring point network (15) of the unloaded structure (2). (4) Calculation of load parameters of the structure (2) of the structure for each position of the test load from the deviations of the coordinates ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnostik von Tragwerken in baulichen Anlagen.The invention relates to a method for the diagnosis of structures in structural systems.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 101 29 992 A1 ist ein Verfahren zur Beseitigung von Eis oder Schnee bei Leichtgebäuden bekannt, bei dem unter anderem optische Meßmethoden zur Messung der Dicke der Schneeschicht auf einem Dach zur Anwendung kommen. Bei den optischen Meßmethoden handelt es sich beispielsweise um eine Methode unter Verwendung von Lichtschranken oder um eine Methode, bei der die Schneedicke mittels Bildverarbeitung aus einer (Stereo-)Bildaufnahme der Schneeoberfläche ermittelt wird.From the German patent application DE 101 29 992 A1 is a method for the removal of ice or snow in lightweight buildings known, among other things, optical measuring methods for measuring the thickness of the snow layer on a roof are used. The optical measuring methods are, for example, a method using light barriers or a method in which the snow thickness is determined by means of image processing from a (stereo) image recording of the snow surface.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 20 43 436 A ist eine Vorrichtung zur selbsttätigen Ermittlung des Grenzwertes oder mehrerer Werte der Belastung eines Tragwerks bekannt, wobei ein Laserstrahl und ein geeigneter Fotodetektor an dem Tragwerk so angebracht sind, daß bei einer Verbiegung des Tragwerks die Position des Lasers auf dem Fotodetektor verändert wird und so Rückschlüsse auf die Durchbiegung und auf die Belastung des Bauteils möglich sind.From the German patent application DE 20 43 436 A a device for the automatic determination of the limit value or several values of the load of a supporting structure is known, wherein a laser beam and a suitable photodetector are attached to the supporting structure in such a way that the position of the laser on the photodetector is changed during a bending of the supporting structure and thus conclusions are drawn the deflection and on the load of the component are possible.

Aus der deutschen Patentschrift DE 25 26 753 B2 ist ein Verfahren zur Diagnostik und Überwachung von Tragwerken und von belastungsbedingten Verformungen von Bauelementen dieser Tragwerke in baulichen Anlagen bekannt, wobei aus einem Meßwertnetz zur Zeit nach der Verformung und einem Meßwertnetz zur Zeit vor der Verformung für die Koordinaten der Meßpunkte des Meßwertnetzes Verschiebevektoren ermittelt werden.From the German patent DE 25 26 753 B2 is a method for the diagnosis and monitoring of structures and load-induced deformations of components of these structures in structures known, being determined from a Meßwertnetz at the time after deformation and a Meßwertnetz the time before deformation for the coordinates of the measuring points of the Meßwertnetzes displacement vectors.

Aus der deutschen Patentschrift DE 103 43 118 B4 ist ein Verfahren zur Überwachung von baulichen Anlagen und von belastungsbedingten Verformungen von baulichen Anlagen bekannt, bei dem ein Alarm mit einem vorbestimmten Alarmplan erzeugt wird, wenn wenigstens ein Belastungskennwert über einem korrespondierenden Grenzbelastungskennwert liegt.From the German patent DE 103 43 118 B4 is a method for monitoring of structures and load-induced deformations of structures known, in which an alarm is generated with a predetermined alarm plan when at least one load characteristic value is above a corresponding limit load characteristic.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 33 11 575 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Prüfung und Abnahme von Tragstrukturen auf, wobei an einer Stelle der Tragstruktur eine statische oder dynamische Belastung variabler Größe erzeugt wird und die Ortsveränderung der Tragstruktur an mehreren Stellen an der Unterseite ermittelt wird.From the German patent application DE 33 11 575 A1 is a method and a device for testing and acceptance of support structures, wherein a static or dynamic load variable size is generated at one point of the support structure and the change in location of the support structure is determined at a plurality of locations on the underside.

Aus der US-Patentschrift US 6 928 881 B2 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung von Strukturermüdungen bekannt, wobei die Messung von mechanischen Spannungen in der Struktur mittels auf der Struktur angebrachter Dehnungssensoren ermittelt wird.From the US patent US Pat. No. 6,928,881 B2 For example, a method and apparatus for monitoring structural fatigue is known wherein the measurement of stress in the structure is determined by means of strain sensors mounted on the structure.

Aus der US-Patentschrift US 5 208 542 A ist eine Einrichtung zur Vermessung von Konstruktionen bekannt, bei der in der Nähe der Konstruktion ein eine horizontale Fläche aufspannender Rotationslaser angeordnet ist und wobei an der Konstruktion senkrecht ausgerichtete zeilenförmige Fotodetektoren angeordnet sind, die den Auftreffpunkt des Rotationslasers auf dem jeweiligen Fotodetektor ermitteln.From the US patent US 5 208 542 A For example, there is known a device for surveying constructions in which a horizontal laser spanning a horizontal surface is disposed in the vicinity of the structure, and vertically aligned line-shaped photodetectors are arranged on the structure, which detect the point of impingement of the rotary laser on the respective photodetector.

Tragwerke in baulichen Anlagen, beispielsweise bei Hallendächern mit großer Spannweite, sind vielfältigen Umwelteinflüssen und unterschiedlichen Belastungen ausgesetzt. Das Tragwerk hat im Falle eines Hallendaches auslegungsgemäß die Aufgabe, die Dachkonstruktion, eine wasser- und dampfdichte Dachhaut einschließlich der Entwässerungseinrichtungen und auslegungsgemäße Dachlasten zu tragen. Im Falls von starken Regenfällen führt ein Rückstau zu einer Wasserschicht von einigen cm Dicke und damit zu einer Niederschlagsdachlast von größenordnungsmäßig 50 kg/m². Sei anhaltenden Schneefällen mit zwischengeschalteten Setzungsperioden werden in höheren Lagen Deutschlands nicht selten Schneehöhen auf Flachdächern von mehr als 1 m Dicke erreicht, die – je nach Verdichtung – zu einer Schneelast von größenordnungsmäßig 500 kg/m² führen kann. Die Auslegungsschneelast für Flachdächer, insbesondere an mehrere Jahrzehnte alten Gebäuden in Alpennähe wird nicht selten bei intensivem Schneefall überschritten, wenn nicht durch vorwiegend manuelles Räumen die Schneelast von Zeit zu Zeit verringert werden würde. Immer wieder auftretende Hallendacheinstürze in der Winterzeit lassen den Schluß zu, daß entweder die Auslegungsdachlasten zu gering bemessen sind bzw. diese auf Grund von Alterung oder Schädigung der Bauelemente des Hallendaches nicht mehr getragen werden oder daß die Schneeräumung nicht rechtzeitig erfolgte. In vielen Fällen kommen Menschen bei den Dacheinstürzen zu Schaden, weil eine objektive Ermittlung der Einsturzgefahr nicht gegeben ist.Structures in structures, such as hall roofs with large wingspan, are exposed to a variety of environmental influences and different loads. The structure has in the case of a hall roof design according to the task of supporting the roof construction, a waterproof and vapor-tight roof skin including the drainage facilities and design roofing loads. In the event of heavy rainfall, backwater leads to a layer of water a few cm thick and thus to a precipitation roof load of the order of 50 kg / m ² . Snowfalls on flat roofs of more than 1 m in thickness are often reached at higher elevations in Germany, which, depending on densification, can lead to a snow load of the order of magnitude of 500 kg / m ² . The design snow load for flat roofs, especially on buildings that are several decades old close to the Alps, is often exceeded in heavy snowfall, if the snow load is not reduced from time to time by predominantly manual cleaning. Reoccurring hall roof collapses in the winter time lead to the conclusion that either the design roof loads are too small or they are no longer worn due to aging or damage to the components of the hall roof or that the snow removal was not timely. In many cases, people come in the roof collapses to damage, because an objective determination of the danger of collapse is not given.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Diagnostik von Tragwerken in baulichen Anlagen zu schaffen, das insbesondere eine objektive Ermittlung der Einsturzgefahr und die Einleitung von geeigneten Gegenmaßnahmen erlaubt.The object of the invention is to provide a method for the diagnosis of structures in structures, which in particular allows an objective determination of the danger of collapse and the introduction of suitable countermeasures.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein mit einer geeigneten Einrichtung realisierbares Verfahren gelöst, bei der die Koordinaten einer Vielzahl von Meßpunkten auf der Unterseite des Tragwerks mittels eines Lageerfasssungssystems ermittelt werden, die Abweichungen dieser Koordinaten von Referenzkoordinaten des jeweiligen Meßpunktes in einem Auswerterechner ermittelt und zur Dokumentation und Weiterverarbeitung gespeichert werden und daß aus den ermittelten Abweichungen nach einer im Auswerterechner hinterlegten Formel wenigstens ein Belastungskennwert errechnet wird, und bei dem bei Überschreitung des wenigstens einen Belastungskennwertes über einen Grenzbelastungskennwert Sicherungsmaßnahmen eingeleitet werden. Die Erfindung wird anhand der Abbildungen näher erläutert.The object of the invention is achieved by a feasible with a suitable device method in which the coordinates of a plurality of measuring points on the underside of the structure by means of a position detection system are determined, the deviations of these coordinates of reference coordinates of the respective measuring point determined in an evaluation and documentation and further processing are stored and that at least one load characteristic value is calculated from the ascertained deviations according to a formula stored in the evaluation computer, and in which, when the at least one load characteristic value is exceeded, safety measures are initiated via a limit load characteristic value. The invention will be explained in more detail with reference to the figures.

In 1 ist als Beispiel für eine bauliche Anlage eine Halle 1 mit einem ein Flachdach 9 tragenden Tragwerk 2 schematisch im Schnitt dargestellt. Das Tragwerk 2 weist tragende Bauelemente 3, 4, 5, 6, 7, 8 auf, die durch die Krafteinwirkung des Daches 9 und der Zusatzlast 10 mehr oder weniger stark verformt werden. Auf der Oberseite des Daches 9 ist eine Wägezelle 40 zur Ermittlung einer punktuellen Zusatzlast vorgesehen. Ein Sensor 41 ist in der Nähe des Flachdaches 9 und des Tragwerks 2 vorgesehen. Die Erfindung sieht nicht nur einen einzigen Sensor 41 vor; es können unterschiedliche Sensoren, beispielsweise für Temperatur oder Feuchte an verschiedenen Stellen der Dachkonstruktion angeordnet sein.In 1 is an example of a structural plant a hall 1 with a flat roof 9 supporting structure 2 shown schematically in section. The structure 2 has load-bearing components 3 . 4 . 5 . 6 . 7 . 8th on, by the force of the roof 9 and the additional load 10 be deformed more or less strongly. On the top of the roof 9 is a load cell 40 intended to determine a punctual additional load. A sensor 41 is near the flat roof 9 and the structure 2 intended. The invention does not only see a single sensor 41 in front; It can be arranged at different points of the roof construction, different sensors, for example, for temperature or humidity.

Jedes der in 1 dargestellten Bauelemente 3, 4, 5, 6, 7, 8 weist an seiner Unterseite eine Reihe von Marken auf, deren Koordinaten von einem Lageerfassungssystem 30 erfaßt werden. In 1 ist für jedes Bauelement 3, 4, 5, 6, 7, 8 jeweils nur eine Marke 35, 45, 55, 65, 75, 85 dargestellt; die Meßstrahlen 36, 46, 56, 66, 76, 86 sollen lediglich schematisch die berührungslose Vermessung der Marken mittels vorzugsweise optischer Verfahren des Lageerfassungssystems darstellen. Das Lageerfassungssystem 30 ist im Beispiel der 1 ortsfest bezüglich des Fußbodens 20 angeordnet. Im Rahmen der Erfindung ist vorgesehen, eine Reihe von Referenzmarken an der Halle 1 anzubringen. Es ist lediglich eine Referenzmarke 100 mit einem Referenzstrahl 101 des Lageerfassungssystems 30 dargestellt.Each of the in 1 illustrated components 3 . 4 . 5 . 6 . 7 . 8th has a number of marks on its underside, the coordinates of which are from a position detection system 30 be detected. In 1 is for each component 3 . 4 . 5 . 6 . 7 . 8th only one brand at a time 35 . 45 . 55 . 65 . 75 . 85 shown; the measuring beams 36 . 46 . 56 . 66 . 76 . 86 to represent only schematically the non-contact measurement of the marks by means of preferably optical methods of the position detection system. The position detection system 30 is in the example of 1 fixed with respect to the floor 20 arranged. In the context of the invention, a number of reference marks on the hall is provided 1 to install. It is just a reference mark 100 with a reference beam 101 of the position detection system 30 shown.

Die Bauelemente 3, 4, 5, 6, 7, 8 weisen unterschiedliche Verformungen auf. In der Regel wird beispielsweise ein nicht geschädigtes Bauelement 5 durch die Zusatzlast 10 elastisch verformt und die auf der Mitte der Unterseite des Bauelementes 5 angeordneten Marken 55, ... liegen auf einer ebenen Einhüllenden mit einer stetigen Ableitung. Wird diese Einhüllende über einen längeren Zeitraum durch wiederkehrende Messungen beobachtet, so kann ein Fachmann diagnostizieren, ob die Verformungen reversibel sind oder ob eine Schädigung des Bauteils vorliegt.The components 3 . 4 . 5 . 6 . 7 . 8th have different deformations. In general, for example, an undamaged component 5 through the additional load 10 elastically deformed and placed on the center of the bottom of the component 5 arranged brands 55 , ... lie on a flat envelope with a steady derivative. If this envelope is observed over a long period of time by means of recurring measurements, a specialist can diagnose whether the deformations are reversible or whether there is damage to the component.

Insbesondere bei Tragwerken, bei denen die horizontale Ausdehnung der Bauteile wenigstens fünfmal kleiner ist als die der vertikalen Ausdehnung, ist es für die Tragfähigkeit von entscheidender Bedeutung, daß die Bauteile sich nicht verwinden. Eine beginnende Verwindung eines Bauteils kann durch die Zusatzlast rasch vergrößert werden und zu einem Spontaneinsturz der Dachkonstruktion führen. In 1 ist ein Bauteil 6 dargestellt, bei dem es sich um ein Bauteil mit einer Verwindung handeln soll, das in seiner Mitte um seine Längsachse verdreht ist. Schon bei kleinen Verwindungen kann die Zusatzlast 10 zu einer Vergrößerung der Verwindung führen, was mit einer rapiden Abnahme der Tragfähigkeit des Bauteils 6 einher geht. Die Marken 65, ... auf der Unterseite des Bauelements liegen in diesem Fall auf einer nicht-ebenen Einhüllenden mit einer stetigen ersten Ableitung.In particular, in structures in which the horizontal extent of the components is at least five times smaller than that of the vertical extent, it is of crucial importance for the carrying capacity that the components do not twist. An incipient distortion of a component can be rapidly increased by the additional load and lead to a spontaneous collapse of the roof construction. In 1 is a component 6 shown, which is to be a component with a twist, which is twisted in its center about its longitudinal axis. Even with small twists, the additional load 10 lead to an increase in the torsion, resulting in a rapid decrease in the load capacity of the component 6 goes hand in hand. The brands 65 , ... on the underside of the component lie in this case on a non-planar envelope with a continuous first derivative.

Bei der Ermittlung und bei der Überwachung der Abweichungen der Koordinaten der Marken 65, ... von den Referenzkoordinaten des unbelasteten oder des ungeschädigten Bauteils kann vorgesehen werden, daß Abweichungen in Richtung parallel zum Fußboden 20 stärker bei der Ermittlung der Einsturzgefahr stärker berücksichtigt werden als eine gleich große Abweichung in Richtung senkrecht zum Fußboden 20.In identifying and monitoring the deviations of the coordinates of the marks 65 , ... of the reference coordinates of the unloaded or undamaged component can be provided that deviations in the direction parallel to the floor 20 be considered more strongly in determining the risk of collapse than an equally large deviation in the direction perpendicular to the floor 20 ,

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es nicht nur möglich, elastische Verformungen, die innerhalb der Auslegungsbereiches liegen, zu ermitteln. Weist beispielsweise die erste Ableitung der Einhüllenden eine Unstetigkeit oder eine nahezu sprunghafte Änderung auf, so läßt dies – insbesondere, wenn es sich bei dem Bauteil um einen Leimholzbinder handelt, auf einen beginnenden Bruch an der Stelle der Unstetigkeit der Ableitung schließen, woraufhin geplante Sicherungs- und Gegenmaßnahmen eingeleitet werden könnten.With the method according to the invention, it is not only possible to determine elastic deformations which lie within the design range. If, for example, the first derivative of the envelope shows a discontinuity or an almost abrupt change, this can in particular, if the component is a glue-wood binder, indicate an incipient break at the location of the discontinuity of the derivative, whereupon planned safety measures are taken. and countermeasures could be initiated.

In 2 ist ein Meßpunktnetz 15 in einem bauwerksfesten Koordinatensystem 16 schematisch dargestellt. Die Meßpunkte gehören zu dem Marken 35, 45, ... an der Unterseite der Bauteile 3, 4, ... Die auf einer Linie liegenden Meßpunkte des Meßpunktnetzes 15 gehören jeweils zu einem länglichen Bauelement des Tragwerks. Man erkennt aus den Meßpunkten entlang der Längsseite eines Bauelements, daß die Bauelemente nicht gleichartig verformt sind und daß an unterschiedlichen Stellen des Flachdaches 2 die Werte der Durchbiegung der Bauelemente 3, 4, 5, ... unterschiedlich sind.In 2 is a measuring point network 15 in a building-fixed coordinate system 16 shown schematically. The measuring points belong to the marks 35 . 45 , ... at the bottom of the components 3 . 4 , ... The measuring points of the measuring point network lying on a line 15 each belong to an elongated structural element of the structure. It can be seen from the measuring points along the longitudinal side of a component that the components are not similarly deformed and that at different points of the flat roof 2 the values of the bending of the components 3 . 4 . 5 , ... are different.

Ein Meßpunktnetz 15, wie es in 2 schematisch dargestellt ist, wird, wenn es bei einer unbelasteteten baulichen Anlage ermittelt wurde, vorzugsweise als Referenznetz für die belastete bauliche Anlage verwendet.A measuring point network 15 as it is in 2 is shown schematically, if it was determined in an unloaded structural plant, preferably used as a reference network for the polluted construction plant.

Liegen Schädigungen in den Bauelementen vor, so äußern sich diese Schädigungen oft erst bei Belastung des Bauteile. Die gezielte Belastung von Bauteilen ist im Rahmen der Erfindung vorgesehen. So ist als ein Diagnoseschritt vorgesehen, eine nahezu punktförmige, definierte Prüflast an verschiedenen Stellen des Flachdaches einwirken zu lassen und für jede Orientierung der Prüflast ein Meßpunktnetz gemäß der 2 aufzunehmen. Die experimentell ermittelten Verformungen können beispielsweise mit einer rechnerischen Simulation der Prüflast verglichen werden, woraus sich Rückschlüsse auf Ort und Art von Bauteilschäden ziehen lassen. Die Prüflast kann manuell an zu vermessenden Stellen der baulichen Anlage plaziert werden; es ist im Rahmen der Erfindung aber auch vorgesehen, eine selbstfahrende und fernsteuerbare Prüflast zu verwenden, wobei die jeweilige Position der Prüflast auf der baulichen Anlage vorzugsweise mit einem Globalen Positionserfassungs-System (GPS) oder einem anderen Positionserfassungssystem ermittelt und einem nicht dargestellten Auswerterechner zusammen mit dem Meßpunktnetz zugeführt wird. Es ist im Rahmen der Erfindung vorgesehen, daß zusätzlich zu den Meßwerten der Koordinaten der Marken 35, 45, ... weitere Parameter des Tragwerks 2 meßtechnisch erfaßt werden. So ist im Fall einer Dachkonstruktion vorgesehen, wahlweise wenigstens eine speziell für Schneelastbestimmung ausgerüstete Wägezelle 40 auf dem Dach 9 anzuordnen, um die aktuelle, punktuelle Schneebelastung zu ermitteln. Weitere Sensoren, von denen ein Sensor 41 auf der Dachinnenseite in der Nähe des Tragwerks 2 dargestellt ist, messen beispielsweise die Temperatur am oder in der Nähe des Bauteils 6. Die Kenntnis der aktuellen Bauteiltemperatur ist besonders bei offenen Hallen und Hangaren von Bedeutung, da zum einen bestimmte Materialien temperaturabhängige Belastungsgrenze aufweisen und zum anderen bestimmte Materialien der Bauelemente des Tragwerks einen nicht zu vernachlässigenden Wärmedehnungskoeffizienten aufweisen können, der zusammen mit Temperaturschwankungen zu einer Veränderung der Koordinaten des Meßpunktnetzes führt, ohne daß sich die Zusatzlast 10 geändert hätte. Die Effekte sind insbesondere bei Stahl- oder Stahlseiltragwerken zu beobachten.If there are damage in the components, these damages often only manifest themselves when the components are loaded. The targeted loading of components is provided in the context of the invention. Thus, it is provided as a diagnostic step to allow an almost punctiform, defined test load to act on different points of the flat roof and for each orientation of the test load a measuring point network according to 2 take. The experimentally determined deformations can be compared, for example, with a mathematical simulation of the test load, from which it is possible to draw conclusions about the location and type of component damage. The test load can be placed manually at places to be measured in the building; However, it is also within the scope of the invention to use a self-propelled and remotely controllable test load, the respective position of the test load on the structure preferably determined with a Global Positioning System (GPS) or other position detection system and an evaluation computer, not shown together with supplied to the Meßpunktnetz. It is provided within the scope of the invention that in addition to the measured values of the coordinates of the marks 35 . 45 , ... other parameters of the structure 2 be detected by measurement. Thus, in the case of a roof construction provided, optionally at least one specially equipped for snow load determination load cell 40 on the roof 9 to determine the current, selective snow load. Other sensors, one of which is a sensor 41 on the inside of the roof near the structure 2 For example, measure the temperature at or near the component 6 , The knowledge of the current component temperature is particularly important for open halls and hangars, as on the one hand certain materials have temperature-dependent load limit and on the other certain materials of the structural elements of the structure may have a not insignificant thermal expansion coefficient, which together with temperature fluctuations to a change in the coordinates of Measuring point network leads without the additional load 10 would have changed. The effects are particularly noticeable in steel or steel cable structures.

Für die Diagnostik eines Flachdaches 9 hinsichtlich der Stabilität des Tragwerks 2 ist es hilfreich, als Sensoren 41 Feuchtesensoren vorzusehen, die Hinweise auf durch das Flachdach eintretendes Wasser oder Kondensationswasser geben, wodurch örtlich die Bauelemente geschädigt werden können. Werden an bestimmten Stellen des Flachdaches 9 wiederkehrend gegenüber den Nachbarmeßstellen erhöhte Feuchtigkeitswerte gemessen, so ist vorgesehen, da der Auswerterechner einen Hinweis in Form eines Voralarmes an eine verantwortliche Person absetzt, die dann eine genauere Überprüfung der Ursachen für die Feuchtigkeit anstellen kann.For the diagnostics of a flat roof 9 regarding the stability of the structure 2 it is helpful as sensors 41 Provide moisture sensors that give evidence of entering through the flat roof water or condensation water, which locally the components can be damaged. Be in certain places of the flat roof 9 Recipient measured moisture values measured relative to the Nachbarmeßstellen, it is provided that the evaluation calculator sends a notice in the form of a pre-alarm to a responsible person, who can then do a more accurate examination of the causes of the moisture.

Es ist für die Erfindung unerheblich, ob das Tragwerk ein Hallendach, eine Hallendecke oder eine ein Dach oder eine Decke einer beliebigen baulichen Anlage trägt. Auch ist es unerheblich, ob es sich bei den Tragwerkslasten um Schneelasten oder um Lasten von Einrichtungsgegenständen, beispielsweise von Maschinen handelt.It is irrelevant for the invention, whether the structure carries a hall roof, a hall ceiling or a roof or ceiling of any structural system. It also does not matter whether the structural loads are snow loads or loads of furnishings, such as machines.

Für die experimentelle Ermittlung des Meßpunktnetzes 15 werden vorzugsweise fotogrammetrische Verfahren eingesetzt. Dabei kann es sich bei dem Lageerfassungssystem 30 beispielsweise um eine Stereocamera oder einen Laser-Scanner handeln. Die Marken 35, 45, ..., die von den Meßstrahlen 36, 46, ... getroffen werden, sind wie auch die Referenzmarken 100 vorzugsweise Marken mit rundum guten Reflexionseigenschaften. Die Marken 35, 45, ... können entweder direkt an den Bauelementen durch Schrauben, Kleben oder Nageln oder über geeignete Abstandshalter gehalten sein. Die Verwendung von Abstandshaltern ist dann erforderlich, wenn das Tragwerk 2 durch eine wie auch immer geartete Deckenverkleidung oder durch Installationen, lüftungstechnische Anlagen, Leuchten oder Krananlagen nicht direkt von dem Lageerfassungssystem einsehbar ist. Es sind auch Lasermeßverfahren bekannt, bei denen nur dafür gesorgt werden muß, daß die Oberflächen der Unterseiten der Bauteile 3, 4, 5, ... eine hinreichend gute diffuse Reflexion aufweisen. Dies kann beispielsweise durch eine geeignete Oberflächenbeschichtung des Tragwerks 2 erreicht werden. Derartige Lageerfassungssysteme erfassen beispielsweise Bauelementkanten, die dann für die Auswertung zur Gewinnung eines Meßwertnetzes 15 herangezogen werden können. Die Verwendung von reflektierenden Marken 35, 45, 55, ... weist den Vorteil auf, daß an die Orte der Meßpunkte keine Signal- und Versorgungsleitungen herangeführt werden müssen.For the experimental determination of the measuring point network 15 preferably photogrammetric methods are used. It may be in the position detection system 30 For example, to a stereo camera or a laser scanner act. The brands 35 . 45 , ..., those of the measuring beams 36 . 46 , ... are as well as the reference marks 100 preferably brands with completely good reflection properties. The brands 35 . 45 , ... can either be held directly on the components by screwing, gluing or nailing or by means of suitable spacers. The use of spacers is required when the structure 2 by any kind of ceiling cladding or by installations, ventilation systems, lights or crane systems is not directly visible from the position detection system. There are also laser measuring methods are known in which only care must be taken that the surfaces of the undersides of the components 3 . 4 . 5 , ... have a sufficiently good diffuse reflection. This can, for example, by a suitable surface coating of the structure 2 be achieved. Such position detection systems detect, for example, component edges, which are then used for the evaluation for obtaining a measured value network 15 can be used. The use of reflective marks 35 . 45 . 55 , ... has the advantage that no signal and supply lines must be brought to the locations of the measuring points.

Die Erfindung sieht weiterhin vor, daß die Bestimmung des Meßwertnetzes 15 mittels eines an einer Wand der baulichen Anlage angeordneten Rotationslasers und an den Orten der Meßstellen an den Bauelementen 3, 4, 5, ... angeordneten fotoempfindlichen Zeilendetektoren erfolgt. Der Rotationslaser legt vorzugsweise durch den rotierenden Laserstrahl eine horizontale Ebene im Raum innerhalb der baulichen Anlage unterhalb des Tragwerks 2 fest. Die sich von den Bauelementen 3, 4, 5, ... nach unten erstreckenden Zeilendetektoren sind derart angeordnet, daß sie auch bei einer Verbiegung der Bauelemente 3, 4, 5, ... von dem rotierenden Laserstrahl getroffen werden. Über Signalkabel oder über eine kabellose Datenübertragungsstrecke wird die jeweilige Auftreffposition des Laserstrahls auf dem jeweiligen Zeilendetektor an den Auswerterechner übermittelt und aus den Meßwerten das Meßwertnetz 15 ermittelt.The invention further provides that the determination of the measured value network 15 by means of a rotary laser arranged on a wall of the structural system and at the locations of the measuring points on the components 3 . 4 . 5 ... arranged arranged photosensitive line detectors. The rotating laser preferably defines a horizontal plane through the rotating laser beam in the space within the structure beneath the structure 2 firmly. Different from the components 3 . 4 . 5 , Downwardly extending line detectors are arranged such that they also in a bending of the components 3 . 4 . 5 , ... are hit by the rotating laser beam. About signal cable or via a wireless data transmission path, the respective impact position of the laser beam is transmitted to the respective line detector to the evaluation computer and from the measured values the measured value network 15 determined.

Die beiden geschilderten Verfahren zur Bestimmung des Meßwertnetztes sind vom Ergebnis her gleichwertig. Fotogrammetrische Meßverfahren erfordern in der Regel einen höheren apparativen Aufwand beim Lageerfassungssystem 30 und einen geringen Aufwand bei der Einrichtung der Marken, während das Rotationslaserverfahren einen erheblichen Aufwand bei der Ausrüstung der einzelnen Meßpunkte auf den Bauelementen 3, 4, 5, ... mit sich bringt. Bei fotogrammetrischen Meßverfahren bietet es sich daher an, das Lageerfassungssystem nicht-stationär zu betreiben. Es ist vorgesehen, bei turnusmäßigen Überprüfungen das Lageerfassungssystem immer gleich in der zu untersuchenden baulichen Anlage zu positionieren oder über die Position der Referenzmarken 100 die gemessenen Koordinaten der zu verschiedenen Zeiten aufgenommenen Meßwertnetze zueinander zu referenzieren. Die Zeitabstände zwischen den einzelnen Bestimmungen des Meßwertnetzes können beispielsweise bei Hallendächern Wochen und Monate in Zeiten fehlender Zusatzlast 10 oder auch nur Stunden in Zeiten hoher Schneelast und insbesondere bei Schneefall betragen. Die Gesamtheit der Koordinaten eines Meßwertnetzes werden zusammen mit einem Zeitstempel und weiteren, mit der Messung in Zusammenhang stehenden Werten in einem Auswerterechner abgespeichert.The two described methods for determining the Meßwertnetztes are equivalent in result. Photogrammetric measuring methods usually require a higher outlay on equipment in the position detection system 30 and a little effort in the establishment of the marks, while the rotary laser process a considerable effort in the equipment of the individual measuring points on the components 3 . 4 . 5 , ... brings with it. In photogrammetric measuring methods, it therefore makes sense to operate the position detection system non-stationary. It is envisaged to always position the position detection system at regular intervals in the structure to be examined or via the position of the reference marks during regular checks 100 to refer to each other the measured coordinates of the measured value networks recorded at different times. The time intervals between the individual determinations of the measured value network can be, for example, for hall roofs weeks and months in times of missing additional load 10 or even hours in times of high snow load and especially in snowfall amount. The entirety of the coordinates of a measured value network are stored together with a time stamp and further values related to the measurement in an evaluation computer.

In dem Auswerterechner werden die ermittelten Werte der Meßpunktnetze 15 in festgelegten Algorithmen ausgewertet und die Ergebnisse der Berechnungen mit in Wertetabellen abgespeicherten spezifischen Grenzwerten des Tragwerks 2 der baulichen Anlage verglichen und bei Grenzwertüberschreitungen werden Maßnahmen wie ”Schneeräumen auf dem Dach”, ”Deckenanhängelast verringern (bei Laufkränen)” oder ”Sofortige Evakuierung der Halle” eingeleitet. Die ermittelten Belastungskennwerte des Tragwerks geben verantwortlichen Personen eine klare Entscheidungsgrundlage für einzuleitende Maßnahmen.In the evaluation computer, the determined values of the Meßpunktnetze 15 evaluated in specified algorithms and the results of the calculations with stored in tables of values specific limits of the structure 2 When the limits are exceeded, measures such as "snow removal on the roof", "reducing the overhead load on overhead cranes" or "immediate evacuation of the hall" are initiated. The calculated load characteristics of the structure give responsible persons a clear basis for decision-making for measures to be initiated.

Verzeichnis der Abbildungen:List of pictures:

1: Schnitt durch das Tragwerk einer Halle mit Flachdach 1 : Section through the structure of a hall with a flat roof

2: Von einem Meßpunktnetz aufgespannte einhüllende Fläche der Unterseite eines Tragwerks einer baulichen Anlage 2 : Enveloping surface of the underside of a structure of a structural system spanned by a measuring point network

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: HalleHall
22: TragwerkStructure
33: Bauelementmodule
44: Bauelementmodule
55: Bauelementmodule
66: Bauelementmodule
77: Bauelementmodule
88th: Bauelementmodule
99: Flachdachflat roof
1010: Zusatzlastadditional load
1515: MeßpunktnetzMeßpunktnetz
1616: Koordinatensystemcoordinate system
2020: Fußbodenfloor
3030: LageerfassungssystemPosition detection system
3535: Markebrand
3636: Meßstrahlmeasuring beam
4040: Wägezelleload cell
4141: Sensorsensor
4545: Markebrand
4646: Meßstrahlmeasuring beam
5555: Markebrand
5656: Meßstrahlmeasuring beam
6565: Markebrand
6666: Meßstrahlmeasuring beam
7575: Markebrand
7676: Meßstrahlmeasuring beam
8585: Markebrand
8686: Meßstrahlmeasuring beam
100100: Referenzmarkereference mark
101101: Referenzstrahlreference beam

Claims

Method for the diagnosis of structures and load-induced deformations of components of these structures in building installations, characterized by the following method steps: (1) positioning of a virtually punctiform, defined test load at various points of a Structural plant with a supporting structure ( 2 ), wherein the respective position of the test load is determined with a position detection system, (2) determination of the coordinates of at least three marks ( 35 ) on the underside of a component ( 3 ) of the structure ( 2 ) by means of a position detection system ( 30 ) for all components ( 3 . 4 . 5 . 6 . 7 . 8th ) and for each position the test load, (3) transmission and storage of the measured values in an evaluation computer with an evaluation program, which for each position of the test load a measuring point network ( 15 ) is determined from the coordinates of the individual measured values and compares this with a reference value network which has a measuring point network ( 15 ) of the unloaded structure ( 2 ). (4) Calculation of load characteristics of the structure ( 2 ) of the structure for each position of the test load from the deviations of the coordinates of the measuring points of the measuring point network ( 15 ) of those of the corresponding reference points of the reference value network and comparison of the load characteristics with corresponding limit load characteristics and (5) initiation of safety measures for the structure if at least one load characteristic value is above the respective limit load characteristic.

Method for the diagnosis of structures and load-induced deformations of components of these structures in structural installations, characterized by the following method steps: (1) Positioning of a virtually punctiform, defined test load at various points of a structural system with a supporting structure ( 2 ), wherein the respective position of the test load is determined with a position detection system, (2) determination of the coordinates of at least three marks ( 35 ) on the underside of a component ( 3 ) of the structure ( 2 ) by means of a position detection system ( 30 ) for all components ( 3 . 4 . 5 . 6 . 7 . 8th ) and for each position the test load, (3) transmission and storage of the measured values in an evaluation computer with an evaluation program, which for each position of the test load a measuring point network ( 15 ) from the coordinates of the individual measured values and compares this with values of a computational simulation of the punctual test load, (4) initiation of safety measures in case of deviations between the measuring points of the measuring point network ( 15 ) and the mathematical simulation.