DE19634888A1 - Vorrichtung zum Prüfen der Biegefestigkeit eines Mastes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Prüfen der Biege­ festigkeit eines am Mastfuß im Boden verankerten, stehenden Mastes, bestehend aus einer Krafteinheit, mit welcher an einem Biegeangriffspunkt eine Biegekraft vorgegebener Größe in den Mast mit Abstand oberhalb des Bodens einleitbar und dadurch der Mast mit einem Biegemoment belastbar ist, sowie aus einem dem Mast mit Abstand oberhalb des Biegeangriffspunkts zugeord­ neten, ersten Wegsensor. Der Begriff "Biegefestigkeit" umfaßt im vorliegenden Zusammenhang auch den Bedeutungsinhalt von "Standfestigkeit" eines Mastes.

Zu den Masten, z. B. aus Metall, Beton, Holz und Kunststoff, wie GFK (Glasfaser verstärkte Kunststoffe) der zu prüfenden Art gehören Träger von Verkehrsschildern, Ampeln, Leuchten, Freileitungen und dergleichen. Das wichtigste Anwendungsgebiet sind die relativ hohen Lampenmasten an Straßen oder Plätzen. Die aus Metall bestehenden Masten korrodieren im allgemeinen zuerst im Bereich der Erdoberkante (=Grenze Luft/Boden). Durch die Prüfung der Biegefestigkeit sollen diejenigen Masten her­ ausgefunden werden, bei denen die Gefahr besteht, daß sie bei einem schweren Sturm umknicken. Dazu wird im Stand der Technik durchweg die vermutete Wirkung eines Sturms simuliert, das heißt gegen das (uneingespannte) freie Mastoberteil wird eine Druck(biege)kraft ausgeübt; das heißt das freie Oberteil des im oder am Boden eingespannten Mastes wird von der Kraftein­ heit weggebogen.

In DE 94 04 664 U1 wird eine solche Vorrichtung zum Prüfen der Biegefestigkeit von Masten beschrieben. Im Bekannten wird der Mast mit Abstand oberhalb seiner Bodenverankerung mit einem Biegemoment beaufschlagt, welches mit einem Kraftsensor zu er­ fassen ist. Zugleich wird dem Mast mit erheblichem Abstand über dem Boden ein Wegsensor zugeordnet, mit dessen Hilfe die durch das Biegemoment verursachte Mastauslenkung zu messen ist. Die von dem Kraftsensor und dem Wegsensor gelieferten Werte werden im Bekannten einer Auswerteschaltung zugeführt. Wenn die Auslenkung (innerhalb eines bestimmten Kraftbereichs) den Kraftverlauf linear folgt, kann gesagt werden, der Mast sei noch in Ordnung. Wenn jedoch der Mast von einem bestimmten Biegemoment an stärker als linear umgebogen wird, muß er ent­ weder saniert oder ersetzt werden.

Bei den hohen Kräften - im allgemeinen etwa die 2,5-fache Windlast - die bei der Biegeprüfung auf einen aus Metall be­ stehenden Mast auszuüben sind, wird das Mast-Fundament als Ge­ genlager stark beansprucht. Der durch den Biegevorgang bela­ stete Mast kann also (speziell bei schwachem Fundament) statt sich zu biegen oder zusätzlich zur Biegung - innerhalb des Erdreichs um eine mehr oder weniger ausgeprägte Schwenkachse kippen. Der Mastquerschnitt, welcher an der Erdoberkante liegt, kann dabei eine Bewegung parallel zur Erdoberkante, al­ so im allgemeinen eine Horizontalbewegung, erfahren. Diese Be­ wegungen des Mastfundaments bzw. des im Boden steckenden Mast­ teils relativ zum Boden folgen dem ausgeübten Biegemoment in der Regel nichtlinear und meist auch unelastisch. Das Meßer­ gebnis kann dann selbst bei einem vollkommen intakten Mast auf einen defekten Mast hindeuten.

In US 52 12 654 A wird eine Meßvorrichtung mit mehreren in verschiedenen Höhen angeordneten Wegsensoren zum Prüfen von aus Holz bestehenden Elektrizitäts- oder Telefonmasten be­ schrieben. Die Meßvorrichtung wird dem fest im Boden veranker­ ten Mast zugeordnet; zugleich wird dieser durch eine Druck­ kraft mit einem Biegemoment - an einer Stelle mit Abstand vom Boden - beaufschlagt. Mit Hilfe verschiedener Biegemeßgeräte wird überprüft, in welcher Weise sich der Mast infolge des Biegemoments verformt. Für den Fall, daß der Mast in relativ weichem Boden steht, wird vorgesehen, zusätzlich zu dem in der Höhe ausgeübten Biegemoment unmittelbar am Boden eine der Bie­ gekraft entgegengerichtete Zugkraft mit Hilfe einer Kette in der entgegengesetzten Richtung zu dem Druck-Biegemoment auf den Mast auszuüben.

Ein weiteres Verfahren, bei dem eine Horizontalbewegung des Mastes beim Prüfen eines stehenden Mastes verhindert werden soll, ist aus DE 15 73 752 A1 bekannt. Bei diesem Verfahren findet ein Rahmengestell Verwendung, das einerseits über eine Stange an einer um den Mastfuß herumgelegten Schelle angreift und andererseits mit einem oberen Eckpunkt mit Abstand vom Bo­ den gegen den Mast drückt. Die bekannte Einrichtung biegt also ebenfalls den nur im bzw. am Bodenbereich eingespannten Mast von sich weg.

In der nicht vorveröffentlichten DE 195 40 319 C1 wird bei der ebenfalls durch eine Druckkraft in der Höhe erfolgenden Biege­ prüfung eine Mitbewegung des unterirdischen Mastteils im Meß­ ergebnis kompensiert, indem man dem weitgehend gesicherten Mastfuß unmittelbar am Boden einen zusätzlichen Wegsensor zum Erfassen der jeweiligen Position dieses Mastteils zuordnet. Eine trotz dieser Sicherung auftretende Bewegung des Mastfußes wird mit dem zweiten Wegsensor erfaßt und im Meßergebnis des ersten Wegsensors kompensiert. Die im allgemeinen durch einen Rechner auszuführende Kompensation setzt einen entsprechenden Geräteaufwand voraus.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Meßvorrichtung eingangs genannter Art so zu verbessern, daß eine Kompensation eventueller Bodenbewegungen des Mastes nicht mehr erforderlich ist und trotzdem nach einer Biegemessung sicher angegeben wer­ den kann, ob der jeweilige Mast - betreffend die Standfestig­ keit - fehlerfrei ist oder ob weitere Prüfungen bzw. Sanierun­ gen erforderlich sind.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht für die Vorrichtung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 darin, daß als Krafteinheit ein am Biegeangriffspunkt angreifendes Zugmittel vorgesehen ist, wel­ ches sich an zwei Druckpunkten, nämlich an einem unteren Druckpunkt angrenzend an den Boden und an einem oberen Druck­ punkt mit Abstand oberhalb des Biegeangriffspunkts über je ei­ nen Kraftarm am Mast abstützt, und daß der Wegsensor dem Mast zum Anzeigen einer nach Entlastung des Zugmittels verbleiben­ den Mastauslenkung zugeordnet ist. Wenn der zu prüfende Mast unbeweglich fest im Boden verankert, z. B. einbetoniert, ist, kann als unterer Druckpunkt das Mastfundament bzw. die Boden­ oberkante angesehen und im Rahmen der Erfindung verwendet wer­ den. Gegebenenfalls kann ein gesondert am unteren Druckpunkt abgestützter unterer Kraftarm entfallen, da der Boden selbst diesen Kraftarm darstellt. Wenn also im Rahmen der Erfindungs­ beschreibung von dem unteren Kraftarm gesprochen wird, ist im Prinzip auch der Boden als Alternative gemeint. Verbesserungen und weitere Ausgestaltungen der Erfindung werden in den Unter­ ansprüchen angegeben.

Im Gegensatz zu den bekannten Prüfmethoden wird erfindungsge­ mäß nicht mit einer Kraft gegen den Mast gedrückt, sondern der Mast wird zwischen den beiden Druck- oder Abstützpunkten durch das Zugmittel gebogen; das heißt durch die Krafteinheit wird am Mast gezogen. Dadurch biegt sich der Mast wie der Bogen ei­ ner Armbrust und die unterhalb und oberhalb der Abstützpunkte befindlichen Teile des Mastes werden - im Boden soweit als möglich - entsprechend (in Gegenrichtung) ausgelenkt. Ein we­ sentlicher Unterschied gegenüber früheren Meßmethoden besteht demgemäß darin, daß der Mast nicht in einer Richtung gedrückt (und am Boden gegebenenfalls auch das Fundament festgehalten) wird, sondern daß er zwischen zwei Abstützpunkten - den soge­ nannten Druckpunkten - mit Hilfe einer Zugkraft gebogen wird. Es handelt sich also um eine äußerlich gesehen ganz andere Be­ lastung als bei einem schweren Sturm, trotzdem kann durch das eingeleitete Zug-Biegemoment überraschend mit Sicherheit fest­ gestellt werden, ob der Mast einem Sturm noch standhalten kann.

Erfindungsgemäß werden nämlich nicht absolute Auslenkungen ge­ messen, sondern es wird lediglich festgestellt, ob sich der bei der Zugbelastung wie ein Bogen verformte Mast nach Entla­ stung des Zugmittels und gegebenenfalls nach Entlastung und Wegnahme der beiden Druckpunkte bzw. Kraftarme wieder (ela­ stisch) in seine ursprüngliche Form und Position zurückbewegt. Die beiden Wegsensoren sollen dabei getrennt ausgewertet wer­ den. Wenn der erste Wegsensor, der sich oben am Mast befindet, nach der Entlastung der Zugkraft keinen Ausschlag (gegenüber der Messung vor der Biegung) anzeigt, kann man beispielsweise sagen, der Mast sei im oberen Teil in Ordnung. Wenn dasselbe für den unteren Wegsensor gilt, kann man beispielsweise sagen, das Fundament des Mastes ist in Ordnung. Wenn aber einer der Wegsensoren nach Entlastung des Zugmittels nicht wieder den Wert vor der erfindungsgemäßen Mastbiegung anzeigt, ist irgend etwas mit dem Mast nicht in Ordnung. Dasselbe gilt natürlich, wenn beide Wegsensoren einen anderen Wert als vor der Biegung durch das Zugmittel anzeigen. Da absolute Meßwerte gar nicht gefragt sind, entfällt die zu vermeidende Kompensation.

Wenn sich durch die Biegung des Mastes ein Schaden zwischen den beiden Druck- oder Abstützpunkten herausstellt, der Mast­ fuß aber überhaupt nicht bewegt wird, zeigt möglicherweise der untere (zweite) Wegsensor eine Änderung an. Der Mast nimmt aber nach Entlastung seine ursprüngliche Stellung oberhalb des Bodens meist nicht wieder ein, so daß auch der erste (obere) Wegsensor eine Abweichung ausweisen kann.

Anhand der schematischen Darstellung eines Ausführungsbei­ spiels werden Einzelheiten der Erfindung erläutert.

In der Zeichnung wird ein stehender Mast 1 dargestellt, dessen Mastfuß 2 im Boden 3 verankert ist. Diesem Mast wird die er­ findungsgemäße Vorrichtung zugeordnet. Die Vorrichtung besteht im Prinzip aus einer als Zugmittel ausgebildeten Krafteinheit 4, die zwischen einem Bezugspunkt 5 und einem Biegeangriffs­ punkt 6 des Mastes 1 arbeitet. Der Bezugspunkt 5 ist Teil ei­ nes Stützgerüstes 7, das den Bezugspunkt 5 an einem oberen Kraftarm 8 und/oder einem unteren Kraftarm 9 aufnimmt. Der obere Kraftarm 8 wird mit einem Längsende an einem oberen Druckpunkt 10, der untere Kraftarm 9 wird mit einem Längsende an einem unteren Druckpunkt 11 des Mastes 1 abgestützt. Die beiden anderen Längsenden der Kraftarme 8, 9 treffen sich im gemeinsamen Kräftemittelpunkt 5′, der im Ausführungsbeispiel zugleich als Bezugspunkt 5 der Krafteinheit 4 (Zugmittel) ist. Der Bezugspunkt 5 kann jedoch auch an irgendeiner Stelle auf der Länge des einen oder anderen Kraftarms 8, 9 vorgesehen werden. - Wenn ein gesonderter unterer Kraftarm 9, z. B. wegen fester Einbetonierung des Mastfußes 2, nicht erforderlich ist und der Boden 3 selbst den unteren Kraftarm bildet bzw. dessen Funktion übernimmt, kann der Kräftemittelpunkt 5′ ebenfalls am Boden 3 liegen. Vorzugsweise kann dann der Bezugspunkt 5 ir­ gendwo auf der Länge des oberen Kraftarms 8 vorgesehen werden.

Die Abstützung der Kraftarme 8, 9 am oberen und unteren Druck­ punkt 10, 11 erfolgt so, daß die beiden Kraftarme 8, 9 nicht abrutschen können. Beispielsweise wird am oberen Druckpunkt 10 ein Widerlager 12 vorgesehen. Am unteren Druckpunkt 11 ist ein solcher Widerlager im allgemeinen nicht erforderlich, da der untere Kraftarm 9 bevorzugt an der Erdoberkante 13 am Mast 1 angreifen soll. Das ganze Stützgerüst kann auf einem Wagen 14 mit Rädern 15, 16 verfahrbar ausgebildet werden.

Zu der erfindungsgemäßen Vorrichtung gehört außer dem Stützge­ rüst 7 mindestens ein erster Wegsensor 17, vorzugsweise aber auch ein zweiter Wegsensor 18. Der erste Wegsensor 17 wird oberhalb des Biegeangriffspunkts 6 und bevorzugt mit Abstand oberhalb des oberen Druckpunkts 10 dem Mast 1 zugeordnet. Im allgemeinen reicht der obere Wegsensor 17 aus, um im Rahmen der Erfindung festzustellen, ob der jeweilige Mast 1 in Ord­ nung ist oder nicht. Etwas anderes gilt unter anderem dann, wenn der Mast 1 in einem relativ weichen Boden 3 steht, so daß er bei der Belastungsprobe insgesamt seitlich verschoben wer­ den kann. Speziell in diesem Fall ist es günstig, einen zwei­ ten Wegsensor 18 nahe am Boden bzw. angrenzend am Boden 3 vor­ zusehen.

Als Wegsensor 17 bzw. 18 wird in der Zeichnung eine Tafel mit Skala 19 dargestellt. Auf die Skala 19 wird ein gebündelter Lichtstrahl 20, z. B. Laserlicht, aus einer Lampe 21 gerichtet. Die Lampe 21 kann beispielsweise auf einem Stativ 22 stehen. Eine ähnliche Lampe wie dem ersten Wegsensor 17 kann auch dem zweiten Wegsensor 18 zugeordnet werden. Grundsätzlich kann je­ des andere Mittel eingesetzt werden, das es gestattet festzu­ stellen, ob sich die räumliche Position des Mastes 1 nach der Belastung mit der als Zugmittel ausgebildeten Krafteinheit 4 und nach Entlastung der letzteren gegenüber dem Zustand vor der Belastung verändert hat.

Bei Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Strecke zwischen Biegeangriffspunkt 6 und Bezugspunkt 5 kontrahiert, so daß der Abstand zwischen Zugpunkt bzw. Biegeangriffspunkt 6 und Bezugspunkt 5 in Zugrichtung 13 verkürzt wird. Da sich die in Zugrichtung 13 wirkende Zugkraft über den Bezugspunkt 5 und die Kraftarme 8, 9 an den Druckpunkten 10, 11 abstützt, wird durch die Zug-Krafteinheit 4 der Mast 1 bzw. dessen Seele 24 zwischen den Druckpunkten 9, 10 aus der gestrichelten Position in die strichpunktierte Position 24′ gebracht. Letztlich wird also der Mast 1 durch die Wirkung der erfindungsgemäßen Vor­ richtung etwa so durchgebogen, als wenn er in den beiden Punk­ ten 9 und 10 (horizontal) aufläge und am Biegeangriffspunkt 6, z. B. an einer Schelle 25, ein der Zug-Krafteinheit 4 entspre­ chendes Gewicht hinge.

Wenn das in Zugrichtung 13 wirkende Zugmittel entlastet wird, wenn also die Krafteinheit 4 entspannt wird, bewegt sich die Seele 24′ bei einem Mast 1, der völlig intakt ist, wieder in die Ausgangsposition zurück. Der erste Wegsensor 17 und gege­ benenfalls auch der zweite Wegsensor 18 zeigen dann keine Po­ sitionsänderung als Reaktion auf die erfindungsgemäße Prüfung an. Wenn jedoch der Mast 1 einen Defekt hat, bewegt sich die gebogene Seele 24′ nicht wieder vollständig in die Ursprungs­ form 24 zurück. Der erste Wegsensor 17 zeigt dann eine Abwei­ chung der Mastposition gegenüber der Position vor der Bela­ stung an. Wenn die Verankerung im Boden 3 zu wünschen übrig läßt, kann der ganze Mast durch die Belastung verschoben wer­ den. Beispielsweise in diesem Fall zeigt der zweite Wegsensor 18 eine entsprechende Positionsänderung des Mastfußes 2 als Folge der erfindungsgemäßen Biegeprüfung an.

Die Mindestgröße der Abweichung der Wegsensor-Meßergebnisse, die auf einen möglichen Defekt des Mastes hinweist, hängt von der Meßmethode und Meßgenauigkeit ab. Durch wenige Versuche an Probemasten läßt sich der jeweilige Wegsensor wegen der Min­ destgröße der Abweichung eichen.

Es wird eine Vorrichtung zum Prüfen der Biegefestigkeit eines im Boden stehenden Mastes beschrieben. Zur Prüfung wird eine Biegekraft vorgegebener Größe oberhalb des Bodens in dem Mast eingeleitet. Die resultierende Biegung kann mit einem Wegsen­ sor gemessen werden. Um die Messung auch bei eventuellen Bo­ denbewegungen, ohne deren Kompensation zu gestatten, wird der Mast zwischen zwei Druckpunkten, von denen der eine unmittel­ bar am Boden des Mastes angreift, durch ein Zugmittel gebogen. Nach Entlastung der Zugkraft wird mit mindestens einem Wegsen­ sor eine eventuell verbleibende Mastauslenkung registriert.

Bezugszeichenliste

1 Mast
2 Mastfuß
3 Boden
4 Krafteinheit
5 Bezugspunkt
5′ Kraftmittelpunkt
6 Biegeangriffspunkt
7 Stützgerüst
8 oberer Kraftarm
9 unterer Kraftarm
10 oberer Druckpunkt
11 unterer Druckpunkt
12 Widerlager
13 Erdoberkante
14 Wagen
15, 16 Rad
17 erster Wegsensor
18 zweiter Wegsensor
19 Skala
20 Lichtstrahl
21 Lampe
22 Stativ
23 Zugrichtung
24 Seele
25 Schelle

Claims (4)

1. Vorrichtung zum Prüfen der Biegefestigkeit eines am Mastfuß (2) im Boden (3) verankerten, stehenden Mastes (1), bestehend aus einer Krafteinheit (4), mit welcher an einem Biegean­ griffspunkt (6) eine Biegekraft vorgegebener Größe in den Mast (1) mit Abstand oberhalb des Bodens (3) einleitbar und dadurch der Mast (1) mit einem Biegemoment belastbar ist, sowie aus einem dem Mast mit Abstand oberhalb des Biegeangriffspunkts (16) zugeordneten, ersten Wegsensor (17), dadurch gekennzeichnet, daß als Krafteinheit ein am als Zugpunkt ausgebildeten Biege­ angriffspunkt (6) angreifendes Zugmittel vorgesehen ist, wel­ ches sich an zwei Druckpunkten (10, 11), nämlich an einem un­ teren Druckpunkt (11) angrenzend an den Boden (3) und an einem oberen Druckpunkt (10) mit Abstand oberhalb des Biegeangriffs­ punkts (6) über je einen Kraftarm (8, 9) am Mast abstützt, und daß der erste Wegsensor (17) dem Mast (1) zum Anzeigen einer nach Entlastung des Zugmittels verbleibenden Mastauslenkung zugeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Wegsensor (17) dem Mast (1) mit Abstand oberhalb des oberen Druckpunktes (10) zugeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Mastfuß (2) nahe dem Boden (3) ein zweiter Wegsensor (18) zugeordnet ist.

4. Verfahren zum Durchführen der Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Wegsensor (17) und gegebenenfalls der zweite Wegsensor (18) vor Aktivierung des Zugmittels auf einen Aus­ gangswert (Nullwert) eingestellt werden und daß nach Entla­ stung des Zugmittels (4) für jeden Wegsensor (17, 18) geson­ dert geprüft wird, ob oder welche Abweichung vom Ausgangswert erscheint.