Distributed Strain Sensing in der Geotechnik

Kindler, Arne; Grosswig, S.

doi:10.1002/bate.201800005

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“…These advantages have qualified fiber optics not only for practical research 14,15 but also for investigations with basic research underpinnings 16–18 . In addition to applications in civil engineering, this technique is gaining traction in other disciplines such as geotechnics, 19 hydrology, 20 and tunneling 21 . Unlike strain measurement, temperatures are rarely measured in applications involving FOS 22–25 …”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Thermo‐mechanical experiments on reinforced concrete beams: Assessing thermal, mechanical, and mixed impacts on fiber optic measurements

Clauß

Ahrens

Mark

2022

Structural Concrete

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Strain and temperature measurements on reinforced concrete structures with Rayleigh-based fiber optic sensors (FOS) promise dense data networks of crucial structural parameters. In this context, the measurement of temperature and mechanical strain is invariably intertwined, precipitating in a frequency shift recorded via FOS. Consecutive experiments were carried out on reinforced concrete beams under mechanical, thermal, and thermo-mechanical loading. Basic analysis of fiber optics equations indicates the sensitivities toward both influences. These are quantified and juxtaposed in experiments, first separately and subsequently combined. As concerns temperature measurement, the slightest tensile forces exerted onto the FOS may engender distortions of several degrees Celsius. Conversely, strain measurements are affected by temperature changes to a lesser degree. Nevertheless, the level of strain to be sensed and the severity of corrupting temperature shifts must be carefully weighted. The article raises awareness for the coupling of temperature and strain and enables the practitioner to identify and assess perturbations.

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Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Thermo‐mechanical experiments on reinforced concrete beams: Assessing thermal, mechanical, and mixed impacts on fiber optic measurements

Clauß

Ahrens

Mark

2022

Structural Concrete

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Distributed Strain Sensing in der Geotechnik – Teil 2

Kindler¹,

Grosswig²

2018

Bautechnik

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Mit der vorliegenden Abhandlung wird der erste Beitrag zum Distributed Strain Sensing in der Geotechnik in der Bautechnik ergänzt. Insbesondere zeigt die Vergangenheit, dass gerade beim planenden Ingenieur eine große Unsicherheit hinsichtlich der Ausschreibung besteht. Damit ist vor allem das „Was“ gemeint. Das Feld der ortsverteilten faseroptischen Sensortechnik ist, wie bereits beschrieben, ein weitgefächertes Gebiet. Die im Folgenden zusammengestellten Ausführungen gelten sowohl für das Distributed Temperature Sensing als auch für das Distributed Strain Sensing. Der zusammengetragene Ausschreibungsumfang basiert auf einer 25‐jährigen Tätigkeit auf dem Gebiet der faseroptischen Messtechnik in der Erdöl‐ und Erdgasindustrie, im Wasserbau und der Geotechnik. Die Ausführungen beziehen sich auf das Distributed Strain Sensing. Das beschriebene System wird kommerziell auf dem Markt vertrieben und unterliegt keiner ausschreibungsrelevanten Beschränkung. Der Beitrag umfasst eine kurze allgemeine Beschreibung der auszuschreibenden Leistungen in Verbindung mit Ausschreibungsbausteinen, welche die gewünschte Leistung derart beschreibt, dass der planende Ingenieur wirklich vergleichbare Angebote erhält. Der Beitrag schützt den Ausschreibenden jedoch nicht vor der eigenen Wertung der angebotenen Leistung hinsichtlich der Eignung und Leistungsfähigkeit des Bieters. Abschließend werden zwei nicht abschließende Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen zwischen dem Distributed Sensing und konventionellen Messverfahren dargestellt.

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Berechnungsmodell zur thermischen Vorspannung nachträglich ergänzter Bewehrung

Schwarz,

Sanio,

Mark

2024

Beton und Stahlbetonbau

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Zentrale technische Einschränkung vieler Verstärkungsmaßnahmen ist, dass diese nicht für das Konstruktionseigengewicht wirksam sind. Zur Lösung wird für statisch bestimmte Tragwerke die gezielte Temperierung von in Schlitzen ergänzten Bewehrungsstäben vorgeschlagen. Ziel ist es, die Stäbe, die in ein Vergussmaterial eingebettet sind, thermisch vorzudehnen und somit an die Dehnung der Initialbewehrung anzugleichen. Die Verbundwirkung mit dem erhärteten Vergussmaterial verhindert nach dem Stoppen der Wärmezufuhr und dem damit verbundenen Abkühlen die Rückverformung der Stäbe. Dadurch entsteht eine Vorspannkraft, die dem Biegemoment aus dem Eigengewicht entgegenwirkt und die Zugzone des Bestandsquerschnitts entlastet. Im Beitrag wird ein analytisches Berechnungsmodell für das Verstärkungsverfahren vorgestellt und hergeleitet. Dieses wird anhand numerischer Berechnungen und in einer ersten experimentellen Umsetzung verifiziert. Die wesentlichen Einflussgrößen auf die Wirksamkeit der Verstärkung werden im Rahmen von Parameterstudien untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass die thermische Vorspannung von nachträglich ergänzten Bewehrungsstäben effektiv möglich ist und mit dem Berechnungsmodell die daraus resultierende Wirkung, je nach untersuchten Randbedingungen, mit einer Genauigkeit von 80 bis 97 % erfasst werden kann. Die Genauigkeit steigt mit zunehmender Querschnittshöhe, einer geringeren Ausgangstemperatur des Querschnitts sowie einer geringeren Wärmeleitfähigkeit des Betons im Initialquerschnitt.

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Distributed Strain Sensing in der Geotechnik

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Thermo‐mechanical experiments on reinforced concrete beams: Assessing thermal, mechanical, and mixed impacts on fiber optic measurements

Thermo‐mechanical experiments on reinforced concrete beams: Assessing thermal, mechanical, and mixed impacts on fiber optic measurements

Distributed Strain Sensing in der Geotechnik – Teil 2

Berechnungsmodell zur thermischen Vorspannung nachträglich ergänzter Bewehrung

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