DE202006003194U1

DE202006003194U1 - Vorrichtung zur Überwachung hoch belasteter Tragwerke

Info

Publication number: DE202006003194U1
Application number: DE200620003194
Authority: DE
Original assignee: REINCKE HERMANN
Current assignee: REINCKE HERMANN
Priority date: 2006-03-01
Filing date: 2006-03-01
Publication date: 2006-07-20
Anticipated expiration: 2016-03-02

Abstract

Vorrichtung zur Überwachung der Durchbiegung von tragenden Bauwerken zur Verhütung von durch Einsturz der Bauwerke verursachten Sach- und Personenschäden, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahl einer am Bauwerk montierten Einstrahl-Lichtschranke, bestehend aus Sender S und Empfänger E, eine Blende B passiert, die den Strahl unterbricht und einen Alarm auslöst, wenn tragende Teile des Bauwerkes über ein zulässiges Maß hinaus verformt, verlagert oder verbogen werden, wobei diese Formänderung durch Überlastung, durch Schwingungsanregung, durch Erdbewegungen oder durch bauliche Mängel verursacht werden können.

Description

Die hier beschriebene Vorrichtung überwacht die Durchbiegung oder Verlagerung der tragenden Teile von großen Bauwerken, besonders Dachkonstruktionen und Brücken aber auch von Hallendecken und Zwischendecken von Lager- und Maschinenräumen. Sie ermöglicht einen dauernden und dauerhaften Schutz gegen Gefährdungen durch Einsturz infolge Überlastung, Alterung oder bauliche Mängel.
Tragende Bauwerke können zum Einsturz kommen

a) durch statische Überlast, z.B. das Gewicht von Schnee- oder Traglasten,
b) durch dynamische Überlast, z.B. schwere Fahrzeuge oder Windkräfte, oder durch Schwingungen, angeregt z.B. durch Unwucht von Arbeitsmaschinen oder marschierende Truppen, bei Dächern und Tribünen von Festhallen und Stadien auch durch laute Musik und durch Beifallsbekundungen,
c) durch Bodenbewegungen, entweder dynamisch infolge Erdbeben oder statisch infolge unzureichender Fundamente oder Verschiebungen im Erdboden unter dem Bauwerk.
d) durch Alterung, Rissbildung, Korrosion oder bauliche Mängel von tragenden Konstruktionsteilen.

Bisher werden verkehrstechnische Bauwerke mit besonderer Belastung, z.B. Brücken, zyklisch von zertifizierten Kontrollbehörden inspiziert, andere Bauwerke hingegen in der Regel nur bei Bauübergabe oder nach Umbauten. Diese Inspektionen überprüfen die normgerechte Dimensionierung und Ausführung sowie den sicheren Zustand bestimmter hoch beanspruchter Teile, aber die reale Belastung und Belastbarkeit des Tragwerkes können sie nicht wirklich vorausbestimmen. Die der Konstruktion und Inspektion zugrunde gelegten Schnee-, Wind- und Verkehrslasten, die Festigkeitswerte und Sicherheitsfaktoren der Baumaterialien sind durch Normung und Erfahrung bestimmt. So kommt es immer wieder zum Einsturz von Bauwerken, zu großen materiellen und Personenschäden, denn die Realität berücksichtigt keine Normen.
Zur besseren Schadensverhütung könnte man die wirkliche Belastung der Bauwerke kontinuierlich überwachen. Diese Überwachung sollte einen drohenden Schaden vorbeugend erkennen und einen Alarms auslösen können, der die rechtzeitige Sperrung und Räumung des einsturzgefährdeten Bauwerkes ermöglicht, möglichst auch durch Entlastung desselben den Einsturz verhindern und eine Nachbesserung oder Reparatur veranlassen kann.
Eine ständige Belastungsmessung, z.B. mittels Kraftaufnehmern in der Konstruktion wäre aufwändig und könnte nicht jede Gefährdung erkennen. Die hier beschriebene Vorrichtung geht daher einen anderen Weg.
Im Schadensfall werden die überlasteten Träger der Bauwerke vor dem Einsturz über einen zulässigen Grenzwert hinaus verbogen oder abgesenkt. Dieser Grenzwert liegt für horizontal angeordnete Träger je nach Material und Einsatzzweck bei etwa 0,2% bis 2% ihrer Spannweite. Ein Träger von 10 m Länge darf also je nach Anwendung und Baumaterial betriebsmäßig etwa 2 bis 20 cm Durchbiegung erleiden. Die Einhaltung dieser vom Konstrukteur vorgegebenen Grenzwerte wird durch die hier beschriebene Vorrichtung dauernd, dauerhaft und sicher überwacht. Das der Vorrichtung zugeordnete Schaltgerät kann ein Warnsignal für die Räumung oder Absperrung des Gefahrenbereiches auslösen, bevor ein Schaden eingetreten ist.
Der Einsatz dieser Vorrichtung zwingt den Konstrukteur, für bestimmte kritische Punkte der Konstruktion die zulässigen Grenzwerte der Durchbiegung verbindlich vorauszubestimmen und zu dokumentieren. Diese Rechnung wird vom behördlichen Statiker überprüft und bei Abnahme des Bauwerkes durch Aufbringen einer Prüflast und exakte Messung der Durchbiegung erhärtet. Für bestimmte Anwendungen ist eine schwingende Prüflast sinnvoll, z.B. eine mit Resonanzfrequenz rotierende Unwucht-Schwungmasse. Konstruktionsmängel, Materialfehler oder mangelhafte Ausführung der Bauarbeiten werden durch diese Prüfungen schon bei Abnahme des Bauwerkes erkannt. Auf diese Weise wird späteren Schäden vorgebeugt und die Verantwortung des Konstrukteurs und der ausführenden Baufirma in besonderer Weise herausgefordert.
Zur Kontrolle der Durchbiegung dient eine handelsübliche Sicherheits-Einstrahl-Lichtschranke, deren sichtbarer, getakteter Strahl an oder unter der zu überwachenden Konstruktion horizontal vom Lichtsender S zum Lichtempfänger E führt und hierbei eine Lochblende B passiert. Diese Blende wird nach Vorgabe der Berechnung und der bei Abnahme gemessenen Werte so bemessen und montiert, dass sie den Lichtstrahl unterbricht und einen Alarm auslöst, wenn der Grenzwert für die Durchbiegung oder die Verlagerung des tragenden Teiles erreicht ist. Alarm wird auch dann ausgelöst, wenn die Halterung von Sender oder Empfänger verstellt wird, wenn die Stromversorgung eines Teiles unterbricht oder wenn eine beliebige elektrische Störung eines Teiles auftritt. Beim Einschalten der Stromversorgung erfolgt eine Testung sämtlicher Teile und Funktionen des Senders, des Empfängers und des Schaltgerätes. Diese Geräte sind in sicherheitstechnisch zertifizierter Ausführung im Handel. Ein Restrisiko besteht für den Fall, dass die Lochblende B entfernt oder verstellt wird. Hierbei wird durch Unterbrechung des Lichtstrahls zwar ein Alarm ausgelöst, aber wenn der Lichtweg wieder frei ist, kann die Schaltung entriegelt und der Alarm gelöscht werden. Die Lochblende muss deshalb unverlierbar befestigt sein, eine Einstellvorrichtung muss, falls vorhanden, ebenfalls zuverlässig gesichert sein.
Bild 1
zeigt am Beispiel eines brückenähnlichen Bauwerkes die einfachste Anordnung, bei der Sender S und Empfänger E an den tagenden Seitenwänden montiert sind. Die Lochblende B ist in der Mitte des überwachten Trägers montiert. Wenn die tragende Decke sich über den Grenzwert hinaus verbiegt, wird der Lichtstrahl unterbrochen und Alarm ausgelöst.
Bild 2
zeigt die gleiche Anordnung, wobei aber Sender und Empfänger nicht am Bauwerk selbst sondern davon getrennt befestigt sind. Eine solche Anordnung ist erforderlich, wenn bei schwerer Belastung oder Erdstößen nicht nur die horizontale Platte sondern auch die seitlichen Stützwände verformt werden, was die Richtung des Lichtstrahls verändern würde. Diese Anordnung ist notwendig, wenn die tragende Decke über federnde Dämpfungselemente auf den Stützwänden ruht. In diesem Fall ist auch die Funktion der Dämpfer in die Überwachung einbezogen.
Bild 3
zeigt das Prinzip der Blende B. Die Blende muss stabil und korrosionsfest ausgeführt sein und sicher am überwachten Träger befestigt werden. Eventuell einstellbare Blendenbleche sind nach Justage zu verschweißen.
Die Maßangaben a–b–c entsprechen der zulässigen Verbiegung des Tragwerkes, wobei die Dicke berücksichtigt wird, die der Lichtstrahl beim Passieren der Blende besitzt:

Das Maß a entspricht der größten erlaubten Durchbiegung der tragenden Decke nach unten.
Das Maß b entspricht der größten erlaubten Durchbiegung der tragenden Decke nach oben.
Das Maß c entspricht der größten erlaubten seitlichen Verlagerung.

Die Halterung von Sender und Empfänger muss seitlich sowie in Höhe und Winkel sehr fein und sensibel einstellbar sowie völlig erschütterungsfest sein. Die endgültigen Abmaße der Blende werden durch Versuch ermittelt.

Claims

Vorrichtung zur Überwachung der Durchbiegung von tragenden Bauwerken zur Verhütung von durch Einsturz der Bauwerke verursachten Sach- und Personenschäden, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahl einer am Bauwerk montierten Einstrahl-Lichtschranke, bestehend aus Sender S und Empfänger E, eine Blende B passiert, die den Strahl unterbricht und einen Alarm auslöst, wenn tragende Teile des Bauwerkes über ein zulässiges Maß hinaus verformt, verlagert oder verbogen werden, wobei diese Formänderung durch Überlastung, durch Schwingungsanregung, durch Erdbewegungen oder durch bauliche Mängel verursacht werden können.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Sender und Empfänger der Lichtschranke auch auf stabilen Stützen außerhalb des Bauwerkes befestigt sein können.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass an Stelle einer Einstrahl-Lichtschranke auch eine Reflex-Lichtschranke verwendet werden kann, wobei der Reflektor am Punkt E zu befestigen ist.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle die Lichtschranke auch mit Laserlicht arbeiten kann.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle einer Sicherheits-Lichtschranke auch eine normale fremdlichtsichere Lichtschranke verwendet werden kann, wenn ihr durch zyklische Unterbrechung der Stromversorgung verursachtes Takten durch eine nachgeschaltete Relais- oder Elektronikschaltung auf eine den geltenden Sicherheitsnormen entsprechende Weise überwacht wird.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle einer Sicherheits-Lichtschranke hoher Sicherheitsklasse auch zwei getrennte Lichtschranken minderer Sicherheit verwendet werden können, wobei auf jeder Seite ein Sender und ein Empfänger neben- oder übereinander platziert sind. Durch Anbringung dieser Geräte in verschiedener Höhe und ein entsprechendes Schaltgerät wird nacheinander Voralarm und Alarm ausgelöst und eine höhere Sicherheit erreicht.