DE102006027322A1

DE102006027322A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung von tragenden Balken

Info

Publication number: DE102006027322A1
Application number: DE200610027322
Authority: DE
Inventors: Ulrich Hannen; Matthias RÜCK; Rolf Mennekes
Original assignee: HENNEKES ROLF; Rueck Heike
Current assignee: HENNEKES ROLF; Rueck Heike
Priority date: 2006-06-13
Filing date: 2006-06-13
Publication date: 2007-12-20

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Feststellung der Deformation der tragenden Balken aus Holz, Stahl oder Beton an Bauwerken, insbesondere an Hallen, sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Um jederzeit feststellen zu können, ob tragende Strukturen einer Halle oder eines großen Gebäudes unzulässig hoch beansprucht sind, wird die Größe der Belastung und/oder der Verformung jedes einzelnen Balkens ständig kontinuierlich oder diskontinuierlich überwacht und bei Feststellung einer Abweichung von einem vorgegebenen Wert sofort ein Signal abgegeben.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Feststellung der Deformation der tragenden Balken aus Holz, Stahl oder Beton an Bauwerken, insbesondere an Hallen, sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Hallen und andere große Gebäude weisen zur Aufnahme und zum Tragen des Daches besondere Balken auf, die auch als Tragwerke bezeichnet werden und die aus Holz, Stahl oder bewehrtem Beton bestehen können. Dabei sind diese Balken bzw. Tragwerke so dimensioniert, dass sie nicht nur die Eigenlast, sondern auch noch zusätzliche Lasten aufnehmen können. Diese zusätzlichen Lasten können beispielsweise aus einer Kranbelastung, Wind, Schnee oder Ereignissen wie Erdbeben, Aufprall von Fahrzeugen, Brand, Explosionen oder Folgen eines menschlichen Versagens bestehen.
Eine vorgegebene Last pro Quadratmeter soll ohne unzulässige Verformung und ohne eine sich daraus ableitende Beschädigung oder Zerstörung aufgenommen werden können. Beispielsweise kann es in den Wintermonaten durch besonders lange Kältemund besonders starken Schneefall in Verbindung mit durch Wärmeeinbruch entstehendem Tauwetter sowie durch zusätzlichen Regen vorkommen, dass zulässige Dachlasten überschritten werden. Die bisherigen Einschätzungen darüber, wann Hallen oder andere große Gebäude von Dachlasten zu befreien bzw. durch Einsturz gefährdet sind, basieren meistens nur auf der Höhe der Schneelast bzw. des Schneeauftrages. Die Bestimmung der Schneelast ist mit einer solchen Höhenmessung äußerst ungenau. Dabei bleiben jedoch Vorschäden von Balken aufgrund von bereits aufgetretener Überlast, unzulässiger Korrosion oder Materialermüdung unberücksichtigt. Im ungünstigsten Fall können mehrere dieser Risikofaktoren gleichzeitig auftreten und als Folge davon kann die Halle bzw. das Gebäude kollabieren.
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und vor allem zuverlässiges Verfahren aufzuzeigen, welches es erlaubt, jederzeit festzustellen, ob tragende Strukturen einer Halle oder eines großen Gebäudes unzulässig hoch beansprucht sind.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, die Größe der Belastung und/oder der Verformung jedes einzelnen Balkens ständig kontinuierlich oder diskontinuierlich zu überwachen und bei Feststellung einer Abweichung von einem vorgegebenen Wert sofort ein Signal abzugeben.
Dabei wird entweder die Belastung der Balken direkt gemessen und/oder die Reaktion der Balken auf eine Belastung ausgenutzt. Die Belastung der Balken bewirkt immer eine Deformation in Form einer Auslenkung gegenüber einem Referenzwert. Dabei erfolgt die Messung in vorteilhafter Weise in dem Bereich eines Balkens, wo dessen Belastung, Durchbiegung oder Winkeländerung am größten ist. Eine solche Überwachung stellt somit sicher, dass zu jedem beliebigen Zeitpunkt festgestellt werden kann, wie groß die Verformung eines bzw. des am stärksten belasteten Balkens ist und wie groß die Gefahr ist, dass dieser Balken Einknicken oder sogar durchbrechen kann.
Weitere Merkmale des Verfahrens sowie der Ausgestaltung von Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 bis 13 offenbart.
Das erfindungsgemäße Verfahren und Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens sowie weitere Vorteile derselben werden nachfolgend anhand mehrerer in einer Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen
1 eine Prinzipskizze eines Balkens auf zwei Stützen mit einem Messelement zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 eine Prinzipskizze einer Halle mit einem weiteren Messelement zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
3 bis 6 weitere Prinzipskizzen eines Balkens auf zwei Stützen mit jeweils anderen Messelementen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
In der 1 der Zeichnung sind beispielsweise von einer Halle nur zwei mit Abstand voneinander angeordnete bzw. aufgestellte Stützen 1 und 2 zu erkennen, die an ihrem oberen, freien Erde einen Balken 3 stützend aufnehmen. Die Stützen 1 und 2 können dabei auch Bestandteil einer Wand der Halle sein. Der Balken 3 kann aus Holz, beispielsweise Leimholz, aus Stahl oder mit Stahl armiertem Beton gebildet sein. Der Werkstoff des Balkens 3 ist jedoch für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ohne jegliche Bedeutung.
Bei der 1 besteht das Messelement zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zunächst aus einem Sender 4, der im oberen Bereich an der Stütze 1 angebracht und als sogenannter Lichtsender ausgebildet ist und der beispielsweise einen horizontalen, gebündelten Lichtstrahl, insbesondere einen Laserstrahl, sendet. Das Absenden dieses Lichtstrahles kann dabei kontinuierlich oder diskontinuierlich sein. Bei einem diskontinuierlichen Absenden eines Lichtstrahles kann dies immer nach einer vorbestimmten Zeit, beispielsweise nach einer oder mehreren Stunden oder sogar nach einem oder mehreren Tagen oder auch Wochen sein. Die Zeit kann sich auch in Abhängigkeit von der Jahreszeit ändern, da beispielsweise im Winter größere Belastungen auftreten.
An der gegenüberliegenden Stütze 2 ist nun ein entsprechender Empfänger 5, im vorliegenden Fall ein Lichtempfänger, in etwa gleicher Höhe an der Stütze 2 befestigt, auf den der Lichtstrahl des Senders 4 genau ausgerichtet ist. Dieser Empfänger 5 muss immer nur dann in Betrieb und damit angeschaltet sein, wenn der Sender 4 einen Lichtstrahl sendet. Dies bedeutet, dass der Empfänger 5 ebenfalls kontinuierlich oder diskontinuierlich in Betrieb sein kann. Vorteilhaft in der Mitte des Balkens 3 ist nun an dessen Unterseite eine Blende 6 angebracht, die entweder als Schlitz- oder als Lochblende ausgebildet sein kann. Dabei befindet sich die Blende 6 an dem Balken 3 in einer solchen Höhenlage, dass im Normalfall der Lichtstrahl des Senders 4 genau durch die Blende 6 geht und den Empfänger 5 erreicht. Der Empfänger 5 kann nun so ausgebildet sein, dass er dann wenn er im eingeschalteten Zustand das Licht vom Sender 4 erhält oder auch nicht erhält, ein Signal abgibt, welches einen Alarm auslöst.
Bekanntlich verformt sich der Balken 3 einerseits durch sein eigenes Gewicht und andererseits durch das Gewicht des Daches und ferner durch auf dem Dach befindliche Lasten, beispielsweise aus Wasser und/oder Schnee. Die dabei auftretende Verformung ist in erster Linie eine Durchbiegung nach unten. Dabei ist diese Durchbiegung normalerweise in der Mitte des Balkens 3 am größten. Bei einer Durchbiegung des Balkens 3 verändert nun die Lage der Blende 6. Dies bedeutet, dass ab einem gewissen Maß der Durchbiegung, je nach Ausgestaltung der Einrichtung, entweder ein Lichtstrahl oder kein Lichtstrahl vom Sender 4 zum Empfänger 5 gelangt. Sobald der Empfänger 5 nun diesen Zustand erkennt, gibt er das bereits erwähnte Signal ab, welches dann in an sich bekannter Weise einen Alarm auslöst.
Durch eine entsprechende Ausbildung und/oder Anordnung der Blende 6 in Bezug auf die Ausbildung und/oder Anordnung von Sender 4 und/oder Empfänger 5 ist es problemlos möglich, genau das Maß der Verformung des Balkens 3 vorzugeben, bei dem spätestens ein Alarm ausgelöst werden soll.
Das soeben beschriebene Messelement zur Feststellung der Deformation des tragenden Balkens 3 lässt sich nun in einfacher Weise so abändern, dass beispielsweise der Empfänger 5 direkt neben bzw. bei dem Sender 4 angeordnet wird, während sich dort, wo gemäß der 1 der Zeichnung Empfänger 5 war, ein besonders ausgebildeter Reflektor, beispielsweise ein Spiegel, befindet.
Während bei dem Ausführungsbeispiel der 1 immer jedem Balken 3 ein eigenes Messelement zur Feststellung seiner Deformation bzw. Durchbiegung zugeordnet ist, weist das Ausführungsbeispiel der 2 nur ein einziges Messelement auf. Hier sind der Sender 4 und der Empfänger gegenüber der 1 um 90° versetzt angeordnet und zwischen diesen befindet sich an allen Balken 3 jeweils eine Blende 6, die alle miteinander fluchten. Bei einer zu groben Verformung bzw. Durchbiegung nur eines Balkens 3 gelangt hier kein Lichtstrahl mehr zum Empfänger 5, der sofort das Signal auslöst.
Bei dem Ausführungsbeispiel der 3 ist direkt an der Unterseite des Balkens 3 zwischen den beiden Stützen 1,2 ein Zugseil 7 gespannt, welches beispielsweise an der Stütze 2 direkt befestigt ist. An der Stütze 1 ist das Zugseil 7 über einen Schalter 8 unter einer wenn auch geringen Vorspannung angeschlossen. Bei einer Durchbiegung des Balkens 3 wird nun eine Zugkraft auf das Zugseil 7 ausgeübt, die zur Folge hat, dass das Zugseil 7 den Schalter 8 betätigt, über den dann ein Alarm ausgelöst wird.
Gemäß der 4 der Zeichnung ist an der Unterseite des Balkens 3 ein Neigungssensor 9 vorgesehen. Dieser Neigungssensor 9 besitzt in seinem Inneren eine Art Quecksilberschalter, der bei Veränderung der Winkellage des Balkens 3 und damit bei Erreichen einer vorgegebenen Neigung ein Alarmsignal auslöst.
Die 5 der Zeichnung offenbart einen Lichtsender 10, der mit seinem fokussierten Lichtstrahl 11 auf einen Lichtempfänger 12 ausgerichtet ist. Bei einer Durchbiegung des Balkens 3 verändert der Lichtsender 10 und damit der fokussierten Lichtstrahl 11 seine Winkellage, was vom Empfänger 12 sofort festgestellt wird und zur Auslösung eines Alarmsignals genutzt werden kann.
Bei dem Ausführungsbeispiel der 6 ist der Lichtsender 10 etwa in der Mitte des Balkens 3 angebracht und sein fokussierter Lichtstrahl 11 ist auf einen Reflektor 13 gerichtet, der beispielsweise im oberen Bereich an der Stütze 2 befestigt ist. Über diesen Reflektor 13 gelangt dann der fokussierte Lichtstrahl 11 zu einem Lichtempfänger 12, der sich beispielsweise an der Stütze 1 befindet. Bei einer Durchbiegung des Balkens 3 verändert der fokussierte Lichtstrahl 11 nun seine Lage, was am Lichtempfänger 12 festgestellt werden kann. Der Lichtempfänger 12 kann nun bei einer unzulässigen Abweichung des fokussierten Lichtstrahles 11 ein Alarmsignal auslösen.
In Abänderung der erläuterten Ausführungsbeispiele ist es möglich, die Verformung bzw. Durchbiegung der Balken durch eine direkte Abstandsmessung, beispielsweise mittels Laser, Ultraschall oder dergleichen zu erfassen. Ferner kann die Verformung der Balken durch eine Eigenresonanzmessung erfolgen. Hier wird beispielsweise der belastete Balken an einem Ende zu einer Schwingung angeregt und die am anderen Ende ankommende Schwingung gemessen und mit einem vorgegebenen Wert verglichen. Auch eine visuelle Peilmessung ist möglich. Bei einer Messung der bei einer Belastung auftretenden Auflagerkräfte können an den Stützen Drucksensoren, beispielsweise Druckmessdosen, eingebaut sein.

Claims

Verfahren zur Feststellung der Deformation der tragenden Balken aus Holz, Stahl oder Beton an Bauwerken, insbesondere an Hallen, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der Belastung und/oder der Verformung jedes einzelnen Balkens ständig kontinuierlich oder diskontinuierlich überwacht und bei Feststellung einer Abweichung von einem vorgegebenen Wert sofort ein Signal abgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der Belastung und/oder der Verformung der Balken mittels einer mindestens einem Balken zugeordneten mechanischen, hydraulischen, elektrischen und/oder optischen Einrichtung überwacht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der Belastung und/oder der Verformung der Balken mittels einer einzigen, allen Balken gemeinsam zugeordneten Einrichtung überwacht wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflagerkräfte der Balken überwacht werden.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der Durchbiegung der Balken überwacht wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkeländerung der Balken überwacht wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch jeweils mindestens ein einem Balken zugeordnetes mechanisches, hydraulisches, elektrisches und/oder optisches Messelement.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Messelement als Drucksensor ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Messelement als Abstandsmesser ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Messelement als Resonanzsensor ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Messelement als Winkelsensor ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Messelement als Neigungssensor ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungssensor als Libelle ausgebildet ist
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Messelement aus einem Schalter mit einem Spannseil gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Messelement aus einem Lichtsender und einem Lichtempfänger gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Lichtsender und dem Lichtempfänger eine Blende angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7. dadurch gekennzeichnet, dass das Messelement aus einer Kamera gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera verfahrbar angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Messelement als Peilsender mit Empfänger ausgebildet ist.