DE202011106250U1 - Device for non-destructive examination of a bollard for damage or anchoring - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung zum zerstörungsfreien Untersuchen eines Pollers, insbesondere Plattformpollers einer Hafen- oder Schleusenanlage, auf Schäden oder auf dessen Verankerungsfestigkeit, gekennzeichnet durch einen frei schwingend aufgehängten Stoßkörper, ein Mikrofon und eine Mess- und Auswerteinrichtung, wobei das Anregen des Pollers durch wenigstens einen seitlichen Stoß erfolgt und zum berührungslosen Messen der Schwingung des Pollers ein unmittelbar neben dem Polier aufgestelltes Mikrofon zur Ermittlung der Eigenresonanzfrequenz des Pollers vorgesehen ist.Device for the non-destructive examination of a bollard, in particular platform bollards of a harbor or lock system, for damage or for its anchorage strength, characterized by a freely swinging shock body, a microphone and a measuring and evaluation device, the bollard being excited by at least one lateral impact and for contactless measurement of the vibration of the bollard, a microphone set up directly next to the polishing device is provided for determining the natural resonance frequency of the bollard.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum zerstörungsfreien Untersuchen eines Pollers, insbesondere Plattformpollers einer Hafen- oder Schleusenanlage, auf Schäden oder auf dessen Verankerungsfestigkeit.The invention relates to a device for non-destructive examination of a bollard, in particular platform bollard of a port or lock system, for damage or on its anchoring strength.

Plattformpoller sind beispielsweise auf Schleusenkammerwänden/Schleusenplattformen angebracht, um Schiffe in der Schleuse festmachen zu können. Diese Poller bestehen aus Gusseisen oder Stahl und sind zur Versteifung mit Zementmörtel verfüllt. Sie ragen etwa zu einem Drittel aus der Schleusenmauer heraus und sind etwa zu zwei Dritteln, je nach Größe bis zu mehreren Metern Tiefe, im Boden einbetoniert.Platform bollards are mounted, for example, on lock chamber walls / lock platforms to be able to tie ships in the lock. These bollards are made of cast iron or steel and are filled with cement mortar for stiffening. They protrude about one third out of the lock wall and are about two-thirds, depending on their size up to several meters deep, embedded in the ground.

Vorrichtungen zum Prüfen von Pollern sind bisher kaum bekannt. Mit einer Sichtprüfung können Poller nur bedingt untersucht werden, dies wird erschwert durch eine oft relativ dick aufgebrachte Farbschicht. Schädigungen im einbetonierten Teil der Poller können nicht erkannt werden. Mit Ultraschall sind tiefer liegende Risse bei Pollern aufgrund ihrer Geometrie nur schwer detektierbar.Devices for testing bollards are hardly known so far. With a visual inspection bollards can be examined only conditionally, this is complicated by an often relatively thick applied paint layer. Damage in the concreted part of the bollards can not be detected. With ultrasound deeper cracks in bollards are difficult to detect due to their geometry.

Bisher wurden bereits Nischenpoller umfangreicher mit einem Zugversuchs-Gerät geprüft. Bei den Zugversuchen wird eine Traverse an einer Schleusenkammerwand vor dem Poller angebracht. Danach wird mit einer hydraulischen Presse mittels einer Zugstange über diese Traverse am Poller gezogen. Dabei werden in jeweils unterschiedlichen Zugrichtungen die aufgebrachte Kraft und die Pollerverformung mittels eines Wegaufnehmers gemessen. Es wurden bei diesen Versuchen maximale Kräfte von 360 kN eingeleitet und verschiedene Lastwechsel gefahren. Um Plattformpoller zu testen ist die Traversenkonstruktion in ihrer bekannten Form nicht geeignet. Hier sind auch bereits Versuche mit größeren Zugkräften vorgenommen worden, dabei wurde sowohl ein Kettenfahrzeug als auch ein an der Schleusenwand abgestütztes Spezialschiff zum Aufbringen der Zugkräfte auf die Plattformpoller verwendet.So far, niche bollards have been extensively tested with a tensile tester. In the tensile tests, a crossbar is attached to a lock chamber wall in front of the bollard. Then it is pulled with a hydraulic press by means of a pull rod on this truss on the bollard. In each case, the applied force and the bollard deformation are measured by means of a displacement transducer in different directions of pull. In these tests, maximum forces of 360 kN were initiated and various load changes were made. To test platform bollards, the truss construction in its known form is not suitable. Here, too, attempts have been made with larger tractive forces, while both a tracked vehicle and a special ship based on the lock wall was used to apply the tensile forces to the platform bollards.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum zerstörungsfreien Untersuchen eines Pollers auf Schäden oder auf dessen Verankerungsfestigkeit sowie eine Vorrichtung zur Prüfung von Pollern zu entwickeln, das für unterschiedliche Bauformen von Pollern geeignet ist und auch die Prüfung verdeckter Teilbereiche ermöglicht. Insbesondere sollen eine Rissprüfung und die Prüfung des Zustands der Verankerung möglich sein.The invention is therefore based on the object to develop a device for nondestructive testing of a bollard for damage or on its anchoring strength and a device for testing bollards, which is suitable for different types of bollards and also allows the examination of hidden portions. In particular, a crack test and the examination of the state of anchoring should be possible.

Eine Vorrichtung zum zerstörungsfreien Untersuchen solcher Poller umfasst wenigstens einen freischwingend aufgehängten Stoßkörper, ein Mikrofon und eine Mess- und Auswerteinrichtung.A device for non-destructive testing such bollards comprises at least one free-hanging suspended impact body, a microphone and a measuring and evaluation device.

Als Mess- und Auswerteinrichtung lässt sich ein handelsüblicher Rechner mit entsprechender Mess- und Auswertesoftware einsetzen.The measuring and evaluation device can be a commercial computer with appropriate measurement and evaluation software.

Das Applizieren eines Stoßes kann beispielsweise durch einen Stoßkörper erfolgen. In diesem Fall wird zumindest ein Teil der kinetischen Energie des Stoßkörpers auf den Poller übertragen und hierdurch derselbe zu einer Schwingung angeregt. Die nötige kinetische Energie kann dem Stoßkörper auf unterschiedliche Arten zugeführt werden. Beispielsweise durch eine Auslenkung nach dem Vorbild eines Pendels, durch Federkraft oder durch das Hinabgleiten oder das Rollen von einer geneigten Ebene.The application of a shock can be done for example by a shock body. In this case, at least part of the kinetic energy of the impactor is transmitted to the bollard, thereby exciting it to vibrate. The necessary kinetic energy can be supplied to the impactor in different ways. For example, by a deflection on the model of a pendulum, by spring force or by sliding down or rolling from an inclined plane.

Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass der Stoßrichtungsvektor zum Zeitpunkt des Aufpralls orthogonal zur Oberfläche des Pollers im Stoßpunkt und/oder senkrecht zur Längsachse des Pollers verläuft. Ein so ausgeführter Stoß soll einen möglichst hohen Energieeintrag in den Poller sicherstellen und ihn damit im Verhältnis zur eingesetzten Energie möglichst stark zum Schwingen bringen.A further teaching of the invention provides that the impact direction vector at the time of the impact is orthogonal to the surface of the bollard at the point of impact and / or perpendicular to the longitudinal axis of the bollard. A shock made in this way should ensure the highest possible energy input into the bollard, thus making it vibrate as much as possible in relation to the energy used.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Mikrofon auf der dem Stoßpunkt gegenüberliegenden Seite des Pollers angeordnet, insbesondere auf der verlängerten Linie des Stoßrichtungsvektors. Diese Position des Sensors lässt sich gut und einfach bestimmen und gewährleistet eine gute Vergleichbarkeit von zu unterschiedlichen Zeitpunkten aufgenommenen Messergebnissen.According to a further embodiment of the invention, the microphone is arranged on the side opposite the impact point of the bollard, in particular on the extended line of the shock direction vector. This position of the sensor can be determined easily and easily and ensures a good comparability of recorded at different times measurement results.

Insbesondere lassen sich aus dem Abklingverhalten der Schwingung Rückschlüsse auf die Verankerung ziehen. Die Eigenresonanz eines Pollers verhält sich umgekehrt proportional zur freien Pollerhöhe. Die freie Pollerhöhe ist die Höhe oberhalb des einbetonierten Teils des Pollers. Für eine genaue Messung sollten die Steine, die den Poller gegebenenfalls oberhalb seines Fundamentes unmittelbar umgeben, vor Durchführung der Messungen entfernt werden.In particular, conclusions about the anchoring can be drawn from the decay behavior of the oscillation. The natural resonance of a bollard behaves inversely proportional to the free bollard height. The free bollard height is the height above the embedded part of the bollard. For accurate measurements, the stones surrounding the bollard, if any, immediately above its foundation, should be removed before taking the measurements.

Auf diese Weise lässt sich auf Risse im Poller schließen. Weist der Betrag des Mittelwertes aus der gemessenen Eigenfrequenz und der mit einem geeigneten Korrekturfaktor multiplizierten freien Pollerhöhe eines Pollers eine um eine bestimmte Schwelle überschreitende Abweichung zu einer früheren Messung desselben Pollers oder der Messung eines ähnlichen Pollers auf, hat dieser vermutlich einen Riss. Die Schwelle hängt von der Bauform und der Verankerung der Poller ab. In this way you can close cracks in the bollard. If the magnitude of the mean value from the measured natural frequency and the free bollard height of a bollard multiplied by a suitable correction factor have a deviation exceeding a certain threshold from an earlier measurement of the same bollard or the measurement of a similar bollard, this probably has a crack. The threshold depends on the design and anchorage of the bollards.

Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass ein an einem Poller mehrere Messungen mit unterschiedlichen Stoßpunkten bzw. Stoßrichtungen erfolgen. Hierdurch lassen sich insbesondere bei symmetrischen Pollern Rückschlüsse auf die Lage der Schäden im Poller oder Schwachstellen der Verankerung schließen.Another teaching of the invention provides that a plurality of measurements on a bollard take place with different impact points or directions of impact. This makes it possible to draw conclusions about the location of the damage in the bollard or weak points of the anchorage, especially in the case of symmetrical bollards.

In einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung wird vorgeschlagen, dass die Höhe des Stoßpunktes einstellbar ist. Zweckmäßiger Weise erfolgt das seitliche Anschlagen des Pollers in der Regel an seiner breitesten Stelle.In a further embodiment of the device is proposed that the height of the impact point is adjustable. Conveniently, the lateral striking of the bollard is usually at its widest point.

Eine andere Ausbildung der Erfindung sieht vor, dass die Stoßkraft und/oder der Stoßimpuls einstellbar sind. Dies kann beispielsweise durch Verwendung eines – einstellbaren – Anschlages für den Stoßkörper realisiert sein. Wesentlich ist hierbei, dass die Stoßkraft bzw. der Stoßimpuls reproduzierbar aufgebracht wird.Another embodiment of the invention provides that the impact force and / or the shock pulse are adjustable. This can be realized for example by using a - adjustable - stop for the impactor. It is essential here that the impact force or the shock pulse is applied reproducibly.

Nach einer weiteren Lehre der Erfindung ist vorgesehen, dass das Material des Stoßkörpers wenigstens am Stoßpunkt weicher ist als das Material des Pollers selbst.According to a further teaching of the invention it is provided that the material of the impactor is softer at least at the point of impact than the material of the bollard itself.

Als Materialien für die Stoßkörper werden bevorzugt Holz oder Kunststoff verwendet. Ein bevorzugter Stoßkörper kann aus einem Vierkantholz bestehen.As materials for the impact body wood or plastic are preferably used. A preferred impact body may consist of a squarewood.

Schließlich sieht eine weitere Lehre der Erfindung vor, dass der Stoßkörper so aufgehängt ist, dass er nach dem Anschlag frei zurück schwingen kann und den Poller nicht mehrmals anschlägt.Finally, another teaching of the invention provides that the impactor is suspended in such a way that it can swing freely back after the impact and does not strike the bollard several times.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer lediglich ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to a drawing showing only a preferred embodiment.

In der Zeichnung zeigenIn the drawing show

1A eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Prüfen eines Pollers mit einem Stoßkörper in Ruhestellung, 1A an inventive device for testing a bollard with a shock body at rest,

1B dieselbe Vorrichtung mit einem Stoßkörper in Ausgangsstellung, 1B same device with a shock body in the starting position,

1C dieselbe Vorrichtung mit einem Stoßkörper im Augenblick des Anschlages, 1C same device with a bumper at the moment of stroke,

2A die Spannung über der Zeit am Sensor nach dem Stoß eines Pollers, 2A the voltage over time at the sensor after the impact of a bollard,

2B ein typisches Frequenzspektrum eines Pollers und 2 B a typical frequency spectrum of a bollard and

3A–C Auswertungen von Messungen verschiedener Pollerreihen P1 bis P3. 3A -C evaluations of measurements of different rows of poller P1 to P3.

In 1A ist der grundsätzliche Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Um einen in einem nicht näher bezeichneten Fundament fest verankerten Poller P, welcher auch als Plattformpoller bezeichnet wird, zu untersuchen wird an einem Gerüst 1 ein Stoßkörper 2 aufgehängt, im dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel an zwei Seilen, welche eine Höhenverstellung des Stoßkörpers 2 (angedeutet mit dem nicht näher bezeichneten Doppelpfeil) ermöglichen.In 1A the basic structure of the device according to the invention is shown. In order to investigate a fixed in a unspecified foundation foundation bollard P, which is also referred to as a platform bollard, to be examined on a scaffold 1 a bumper 2 suspended, in the illustrated and so far preferred embodiment of two ropes, which a height adjustment of the impactor 2 (indicated by the unspecified double arrow) allow.

Des Weiteren ist an dem Gerüst 1 ein Anschlag 3 derart angebracht, dass er entlang des wiederum nicht näher bezeichneten Doppelpfeiles horizontal verstellbar ausgeführt ist. Im ausgeführten Beispiel ist der Abstand zwischen dem Stoßkörper 1 in Ruhestellung und dem Anschlag 3 mit d bezeichnet.Furthermore, on the scaffolding 1 an attack 3 mounted so that it is horizontally adjustable along the turn not designated double arrow. In the example given, the distance between the impactor 1 at rest and the stop 3 denoted by d.

Auf der dem Stoßkörper 2 abgewandten Seite des Pollers P ist ferner ein Mikrofon 4 aufgebaut und zwar in einer Höhe h, die der Höhe der breitesten Stelle des Pollers P entspricht. Die gesamte freie Pollerhöhe ist mit H bezeichnet. Zum Versuchsaufbau gehört ferner eine Mess- und Auswerteinrichtung 5 zum Aufzeichnen und Auswerten des vom Mikrofon 4 nach dem Anschlagen des Pollers P entstehenden Schallsignals.On the the bumper 2 opposite side of the bollard P is also a microphone 4 constructed at a height h, which corresponds to the height of the widest point of the bollard P. The entire free bollard height is designated H. The experimental setup also includes a measuring and evaluation device 5 to record and evaluate the microphone 4 after striking the bollard P resulting sound signal.

In 1B ist der Zustand gezeigt, in den der Stoßkörper 2 vor dem Anschlagen des Pollers P gebracht wird Ausgangslage.In 1B the condition is shown in which the bumper 2 is brought before striking the bollard P starting position.

Dort liegt er am verstellbaren Anschlag 3 an. 1C zeigt Moment des Auftreffens des Stoßkörpers 2 auf den Poller P dargestellt. Der auf der Höhe h befindliche Anschlagpunkt ist als Stoßpunkt SP eingezeichnet, über ihn wird die kinetische Energie des Stoßkörpers 2 auf den Poller P übertragen, wobei der Stoßvektor mit SV bezeichnet ist.There he lies on the adjustable stop 3 at. 1C shows moment of impact of impactor 2 shown on the bollard P. The stop point located at the height h is shown as the impact point SP, above it the kinetic energy of the impactor 2 transferred to the bollard P, wherein the shock vector is denoted by SV.

Ein typisches Zeitsignal eines Pollers P nach dem Anschlagen mit dem Stoßkörper 2 ist in 2A dargestellt. Es zeigt X-achsensymmetrische, sauber abklingende Sinusschwingungen. Ein typisches Messspektrum ist in 2B zu sehen. Hier wurde insbesondere der Bereich unter 250 Hz analysiert. Man erkennt deutlich die Eigenresonanz des untersuchten Pollers P bei ca. 180 Hz.A typical time signal of a bollard P after striking with the bumper 2 is in 2A shown. It shows X-axis symmetric, clean decaying sine waves. A typical measurement spectrum is in 2 B to see. In particular, the range below 250 Hz was analyzed here. One clearly recognizes the self-resonance of the examined bollard P at about 180 Hz.

Die Untersuchungen haben ergeben, dass bei zunehmender Schädigung eines Pollers P eine Verschiebung der Eigenresonanzfrequenz stattfindet. Hier haben Untersuchungen folgendes ergeben: Schädigungszustand Resonanzfrequenz [Hz] Abweichung [%] Ungeschädigt 200 0 Entferntes Steindeckwerk 187 6,5% Horizontaler Riss 7 cm 181 9,5% Horizontaler Riss 30 cm 175 12,5% Horizontaler Riss 60 cm 166,7 15,65% The investigations have shown that with increasing damage of a boll P a shift of the natural resonance frequency takes place. Here investigations have shown: damage state Resonant frequency [Hz] Deviation [%] unharmed 200 0 Removed stone cover 187 6.5% Horizontal crack 7 cm 181 9.5% Horizontal crack 30 cm 175 12.5% Horizontal crack 60 cm 166.7 15.65%

Für die Auswertung wurden die gezeigten Spektren herangezogen. Dabei konnten die verschiedenen Klassen zusammenfasst werden, nämlich Poller, bei denen die Resonanzfrequenz im Verhältnis zu dem Mittelwert aller Poller bzw. sehr hoch lagen und Poller, bei denen Frequenzanteile je nach Anschlagsrichtung variieren. Insbesondere die Lage der Eigenresonanz, aufgetragen über der freien Höhe H der Poller P liefert ein gutes Ergebnis. Die Eigenresonanz verhält sich umgekehrt proportional zur freien Pollerhöhe H.For the evaluation, the spectra shown were used. The different classes could be summarized, namely bollards, in which the resonance frequency in relation to the average value of all bollards or were very high and bollards in which frequency components vary depending on the direction of attack. In particular, the position of the self-resonance, plotted against the free height H of the bollard P provides a good result. The self-resonance behaves inversely proportional to the free bollard height H.

Die 3A bis 3B zeigen unterschiedliche Pollerreihen P1, P2 und P3 aus jeweils einer Schleusenkammerwand. Es ist die freie Höhe H (mit einem Anpassungsfaktor 3,5) und die Eigenresonanz eines jeden gemessenen Pollers aufgetragen. Die Diagramme der Pollerreihen P1 und P2 zeigen deutlich die umgekehrte Proportionalität von Eigenresonanzfrequenz und freier Pollerhöhe H. Lediglich die letzte Messung der Pollerreihe P3 in 3C zeigt einen Poller, der von dem gegensinnigen Verhalten deutlich abweicht, so dass hier eine Schädigung angenommen werden muss und eine nähere Untersuchung durchgeführt werden sollte.The 3A to 3B show different Pollerreihen P1, P2 and P3 each of a lock chamber wall. The free height H (with an adjustment factor of 3.5) and the natural resonance of each measured bollard are plotted. The diagrams of the rows of bollards P1 and P2 clearly show the inverse proportionality of natural resonance frequency and free bollard height H. Only the last measurement of the bollard row P3 in FIG 3C shows a bollard, which deviates significantly from the opposing behavior, so that here a damage must be assumed and a closer examination should be carried out.

Claims (7)

Vorrichtung zum zerstörungsfreien Untersuchen eines Pollers, insbesondere Plattformpollers einer Hafen- oder Schleusenanlage, auf Schäden oder auf dessen Verankerungsfestigkeit, gekennzeichnet durch einen frei schwingend aufgehängten Stoßkörper, ein Mikrofon und eine Mess- und Auswerteinrichtung, wobei das Anregen des Pollers durch wenigstens einen seitlichen Stoß erfolgt und zum berührungslosen Messen der Schwingung des Pollers ein unmittelbar neben dem Polier aufgestelltes Mikrofon zur Ermittlung der Eigenresonanzfrequenz des Pollers vorgesehen ist.Device for the non-destructive examination of a bollard, in particular platform bollard of a port or lock system, for damages or on its anchoring strength, characterized by a freely swinging suspended impact body, a microphone and a measuring and evaluation device, wherein the excitation of the bollard takes place by at least one lateral impact and for non-contact measurement of the vibration of the bollard, a microphone positioned directly next to the beater is provided for determining the self-resonant frequency of the bollard. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe des Stoßpunktes einstellbar ist.Apparatus according to claim 1, characterized in that the height of the impact point is adjustable. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stoßkraft und/oder der Stoßimpuls einstellbar sind.Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the impact force and / or the shock pulse are adjustable. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Stoßkörpers wenigstens am Stoßpunkt weicher ist als das Material des Pollers.Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the material of the impactor at least at the point of impact is softer than the material of the bollard. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stoßkörper aus Holz oder Kunststoff ist.Apparatus according to claim 4, characterized in that the impact body is made of wood or plastic. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stoßkörper ein Vierkantholz ist.Apparatus according to claim 5, characterized in that the impact body is a square wood. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Stoßkörper so aufgehängt ist, dass er nach dem Anschlag frei zurück schwingen kann und den Poller nicht mehrmals anschlägt. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the impactor is suspended so that it can swing back freely after the attack and does not hit the bollard several times.
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