DE102010049253B4

DE102010049253B4 - Verfahren zum Prüfen der Standsicherheit eines Lichtmastes am Übergang Leuchtenfuß/Mastspitze

Info

Publication number: DE102010049253B4
Application number: DE201010049253
Authority: DE
Inventors: Dr.-Ing. Fröhling Werner
Original assignee: HANSESTADT ROSTOCK
Current assignee: Froehling Werner Dr De
Priority date: 2010-10-25
Filing date: 2010-10-25
Publication date: 2012-06-14
Anticipated expiration: 2030-10-26
Also published as: DE102010049253A1

Abstract

Verfahren zur Prüfung der Tragfähigkeit eines Lichtmastes am Übergang Leuchtenfuß/Mastspitze mit den Schritten a) Bestimmen eines Maximalwertes der auf die Leuchte wirkenden Windlast für die angestrebte Restlebensdauer der Masten mit rechnerischen und/oder experimentellen Methoden der Aerostatik und Aerodynamik, b) Ermittlung eines Biegemoments, welches am Übergang Leuchtenfuß (6)/Mastspitze (3) aufgenommen wird, aus der bestimmten Windlast bei bekannter Geometrie der Leuchte, c) Berechnung eines Drehmoments aus dem ermittelten Biegemoment multipliziert mit vorgegebenen Sicherheitsbeiwerten, d) manuelles Aufbringen des berechneten Drehmoments über einen Drehmomentenschlüssel (4) mittels eines Adapters (5) auf den Leuchtenfuß (6) und e) Auswertung von bleibenden Verformungen am Übergang Leuchtenfuß (6)/Mastspitze (3) als Kriterium dafür, ob die in der angestrebten Restlebensdauer des Lichtmastes zu erwartenden Windlasten von dem Bauteil schadensfrei aufgenommen werden können.

Description

Das erfindungsgemäße Verfahren dient der Prüfung der Standsicherheit von Lichtmasten am Übergang Leuchtenfuß/Mastspitze.
Stand der Technik
Lichtmasten sind in der Regel den Witterungseinflüssen permanent ausgesetzt. So wird die Standfestigkeit insbesondere durch Wind, Regen und Schneelast geschwächt. Bei Masten, die aus einem Betonmast und einem Lampenkopf aus Metall bestehen, kommt noch hinzu, dass an der Grenzfläche zwischen den beiden Materialien besondere Kräfte wirken können. Ein Durchrosten des Lampenkopfes an dieser Stelle kann fatale Folgen haben.
Bei bekannten Messungen an Masten zur Standsicherheit werden die gesamten Masten in der Regel mechanischen Belastungsproben ausgesetzt.
Es sind Verfahren bekannt, bei denen alle Bewegungen des Mastes an zwei Mess-Stellen über eine 3D-Messkamera grafisch aufgezeichnet werden, um aussagefähige Analysen über die Beschaffenheit (Tragsicherheit, Lagesicherheit-Fundament) von der Gründung über den Mastfuß bis zum Leuchtenkörper geben zu können.
So wird in DE 10062795 B4 eine Anlage zum Prüfen der Biegefestigkeit eines im Boden verankerten Mastes beschrieben. Zum Aufbringen eines Biegemoments auf den Mast wird eine Biegelast vorgesehen. Die durch die Biegelast bewirkte Mastauslenkung wird mit Hilfe einer Messeinheit erfasst, die mit einem Satelliten-Navigationsempfänger verbunden ist. Dadurch können die Mastauslenkung und/oder auch die geographischen Koordinaten des Mastes erfasst werden.
Nachteil dieser Patentschrift ist es, dass die Prüfung immer eine Satelliten-Navigationseinheit benötigt und somit sehr teuer wird.
Eine andere Möglichkeit wird in DE 10229448 A1 vorgestellt. Zum Kontrollieren der Stabilität des Befestigungsmittels eines in der Höhe dauerhaft fixierten Gegenstandes wird an jedem Befestigungsmittel mindestens ein mit einem Signalgeber gekoppelter Schwingungssensor permanent fixiert. Auch diese Ausführung ist relativ teuer, da für jeden Lichtmast ein Sensor vorzusehen ist.
US 2007283765 A1 beinhaltet ein Verfahren zum Testen der Last an einem Pfahl, wobei die Bewegung des Pfahls, die Bewegungsrichtung und die Last am Pfahl gemessen werden, um deren Steifigkeit zu berechnen.
DE 19808308 A1 betrifft eine Vorrichtung zur Überprüfung der Standfestigkeit von Grabsteinen, welche eine von einer Person zu betätigende, mit einer Halterung am Grabstein zu befestigende Druckmesseinrichtung aufweist.
DE 19701247 A1 betrifft ein Verfahren zum Prüfen der Standfestigkeit von stehend verankerten Masten, bei dem der Mast oberhalb seiner Verankerung mit einer ansteigenden, von einem definierten Anfangswert ausgehenden Biegekraft bis höchstens zu einer maximalen, vorgegebenen Prüfkraft belastet und dabei seitlich ausgelenkt wird und bei dem der Mast nach Beendigung des Belastungsvorganges wieder entlastet wird und hierbei einer sich auf Null reduzierenden Rückstellkraft unterliegt und die verbleibende seitliche Auslenkung des Mastes festgestellt und als Schaden des Mastes und/oder seiner Verankerung ausgewertet wird.
DE 10 2004 041 061 A1 betrifft eine Vorrichtung zum Prüfen der Stabilität eines im Boden stehend verankerten Mastes durch Erregung des Mastes zu Eigenschwingungen mit Hilfe eines einseitig am Mast auf einem Träger beweglich gelagerten Gewichts und durch Registrierung der erregten Schwingungen mit Hilfe eines, vorzugsweise räumlich aufzeichnenden, Messgeräts.
Alle bekannten Vorrichtungen sind vorwiegend für die Messung der Standsicherheit des gesamten Mastes vorgesehen. Für Masten aus unterschiedlichen Materialien können diese zwar angewendet werden, berücksichtigen aber nicht, dass an den Übergangsstellen Materialermüdungen auftreten können.
Darstellung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, welches die Prüfung der Tragfähigkeit eines Lichtmastes am Übergang Leuchtenfuß/Mastspitze ermöglicht.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Prüfung der Tragfähigkeit eines Lichtmastes am Übergang Leuchtenfuß/Mastspitze mit den folgenden Schritten

a) Bestimmen eines Maximalwertes der auf die Leuchte wirkenden Windlast für die angestrebte Restlebensdauer der Masten mit rechnerischen und/oder experimentellen Methoden der Aerostatik und Aerodynamik,
b) Ermittlung eines Biegemoments, welches am Übergang Leuchtenfuß (6)/Mastspitze (3) aufgenommen wird, aus der bestimmten Windlast bei bekannter Geometrie der Leuchte,
c) Berechnung eines Drehmoments aus dem ermittelten Biegemoment multipliziert mit vorgegebenen Sicherheitsbeiwerten,
d) manuelles Aufbringen des berechneten Drehmoments über einen Drehmomentenschlüssel (4) mittels eines Adapters (5) auf den Leuchtenfuß (6) und
e) Auswertung von bleibenden Verformungen am Übergang Leuchtenfuß (6)/Mastspitze (3) als Kriterium dafür, ob die in der angestrebten Restlebensdauer des Lichtmastes zu erwartenden Windlasten von dem Bauteil schadensfrei aufgenommen werden können.

Der Vorteil dieses Verfahrens ist es, dass die Maximalwerte vorab berechnet werden können und dann vor Ort mit einfachen Mitteln, ohne viel Technik, die Prüfung durchgeführt werden kann.
Kurze Beschreibung der Abbildungen
Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung erläutert. Hierzu zeigt 1 den Lichtmast aus Stahlbeton, das Stahlrohr als Leuchtenfuß und die Leuchte selbst.
Ausführung der Erfindung
Eine Art der üblichen Straßenbeleuchtung besteht aus einem Lichtmast 2 aus Stahlbeton, einem Leuchtenfuß 6 aus Stahlrohr und einer Leuchte 7. In 1 wird dazu die schematische Darstellung gezeigt. Die Prüfung der Tragfähigkeit eines am Mastfuß im Boden 1 eingespannten Lichtmastes 2 wird am Übergang Leuchtenfuß 6/Mastspitze 3 vorgenommen. Dies ist insbesondere deshalb notwendig, da am Übergang der beiden Materialien Materialermüdungen hauptsächlich im Stahlrohr auftreten können.
Für die Prüfung der Standsicherheit wird um den Leuchtenfuß 6 ein Adapter 5 in Form einer stabilen Stahlschelle gelegt, welche aus zwei Halbschalen besteht. Die Halbschalen sind an einem Längsrand mit einem Scharnier verbunden. Die beiden anderen Längsränder werden miteinander verschraubt, so dass die Schelle fest am Stahlrohr anliegt. Auf einer Halbschale ist außen ein Vierkant geschweißt, auf den ein Drehmomentenschlüssel 4 angesetzt werden kann.
Der für die angestrebte Restlebensdauer der Masten auf die Leuchte wirkende Maximalwert der Windlast wird mit rechnerischen und/oder experimentellen Methoden der Aerostatik und Aerodynamik bestimmt. Die Ermittlung der Windlasten erfolgt nach DIN 1055-4 (Einwirkungen auf Tragwerke – Teil 4: Windlasten) und nach DIN EN 1991-1-4 (Einwirkungen auf Tragwerke Teil 1–4: Allgemeine Einwirkungen, Windlasten). Alternativ ist eine Windlastermittlung durch Modellversuche im Windkanal möglich. Die Ermittlung der Windlasten für verschiedene angestrebte Restlebensdauern erfolgt auf der Grundlage einer angenommenen Wahrscheinlichkeitsverteilung der Windgeschwindigkeit.
Aus dieser Windlast wird bei bekannter Geometrie der Leuchte 7 ein Biegemoment ermittelt, welches am Übergang Leuchtenfuß 6/Mastspitze 3 aufgenommen werden muss. Dieses Moment, multipliziert mit Sicherheitsbeiwerten, wird manuell über einen Drehmomentenschlüssel 4 mittels des Adapters 5 auf das Stahlrohr des Leuchtenfusses 6 aufgebracht. Das Auftreten von bleibenden (plastischen) Verformungen am Übergang Stahlrohr/Betonmastspitze dient als Kriterium dafür, ob die in der angestrebten Restlebensdauer des Lichtmastes zu erwartenden Windlasten von dem Bauteil aufgenommen werden können.
Die Sicherheitsbeiwerte basieren auf DIN 1055-100 (Einwirkungen auf Tragwerke, Teil 100: Grundlagen der Tragwerksplanung, Sicherheitskonzept und Bemessungsregeln). Die Sicherheitsbeiwerte werden an den Ergebnissen der Prüfungen kalibriert.

Claims

Verfahren zur Prüfung der Tragfähigkeit eines Lichtmastes am Übergang Leuchtenfuß/Mastspitze mit den Schritten a) Bestimmen eines Maximalwertes der auf die Leuchte wirkenden Windlast für die angestrebte Restlebensdauer der Masten mit rechnerischen und/oder experimentellen Methoden der Aerostatik und Aerodynamik, b) Ermittlung eines Biegemoments, welches am Übergang Leuchtenfuß (6)/Mastspitze (3) aufgenommen wird, aus der bestimmten Windlast bei bekannter Geometrie der Leuchte, c) Berechnung eines Drehmoments aus dem ermittelten Biegemoment multipliziert mit vorgegebenen Sicherheitsbeiwerten, d) manuelles Aufbringen des berechneten Drehmoments über einen Drehmomentenschlüssel (4) mittels eines Adapters (5) auf den Leuchtenfuß (6) und e) Auswertung von bleibenden Verformungen am Übergang Leuchtenfuß (6)/Mastspitze (3) als Kriterium dafür, ob die in der angestrebten Restlebensdauer des Lichtmastes zu erwartenden Windlasten von dem Bauteil schadensfrei aufgenommen werden können.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Maximalwert der Windlast durch Modellversuche im Windkanal bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass für verschiedene angestrebte Restlebensdauern der Masten der Maximalwert der Windlasten auf der Grundlage einer angenommenen Wahrscheinlichkeitsverteilung der Windgeschwindigkeit bestimmt wird.