Methoden zur Bewertung bestehender Tragwerke unter Berücksichtigung gemessener Beanspruchungen mit Schwerpunkt der Analyse von Einwirkungskombinationen, Modellunsicherheiten sowie Erweiterung auf Tragsystemebene

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Karsten Geißler
• Fachliche Zuordnung: Konstruktiver Ingenieurbau, Bauinformatik und Baubetrieb
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 280831118

Mit dynamischen Messungen im Rahmen des Bauwerksmonitoring werden über längere Zeit z. B. Einwirkungen, Weggrößen oder dynamische Eigenschaften erfasst. Für bestehende Tragwerke können so wichtige Informationen zu Tragsystem und realen Beanspruchungen gewonnen werden. Letztere sind streuende Größen, können als Extremwertverteilungen oder Beanspruchungskollektive beschrieben und hinsichtlich der Tragwerkszuverlässigkeit ausgewertet werden. Im bearbeiteten Projekt wurden die erforderlichen Methoden zur Einbindung gemessener Daten in Nachrechnungskonzepte von Tragwerken unter Beachtung zuverlässigkeitstheoretischer Anforderungen entwickelt. Die gemessenen Beanspruchungen vor allem infolge Verkehr und Temperatur werden dafür auf den Nutzungszeitraum des Tragwerks hochgerechnet. Diese Verteilungen werden in das mechanische Modell und damit die jeweiligen Grenzzustandsgleichungen integriert. Letztere sind die auch für Auswertung rechnerischer Verteilungen verwendeten Ansätze, z. B. für Biege- oder Querkrafttragfähigkeit, Sicherheit gegen Stabilitätsversagen, Ermüdungssicherheit. Neben den Methoden zur direkten probabilistischen Analyse wurde im Projekt auch die verallgemeinerte Begründung erforderlicher Sicherheitselemente und Kombinationsbeiwerte bei gemessenen Beanspruchungen erarbeitet. Die Methoden wurden an 5 typischen Straßenbrücken unterschiedlicher Stützweite, Baustoff und Querschnittsform mit jeweils erfassten und ausgewerteten Messdaten von ca. einem Jahr getestet. Die Methoden waren gut umsetzbar, i.d.R. konnte ein beträchtlicher Vorteil gegenüber den auf rein rechnerischen Verteilungen basierenden zuverlässigkeitstheoretischen Berechnungen belegt werden. Aus den Ergebnissen des Projekts wurden notwendige weitere Forschungsarbeiten mit folgenden Zielen abgeleitet. Erstens sind die erarbeiteten Methoden auch für Eisenbahn- Verkehrslasten mit ihren völlig anderen Lastkollektiven zu bestätigen. Zweitens sind noch wichtige Grundlagen zu den entwickelten Methoden der Integration von Bauwerksmessungen in das Zuverlässigkeitskonzept auszuarbeiten: - Zur Begründung messwertgestützter Kombinationsbeiwerte sind die Grundzeitintervalle der Leit- und Begleiteinwirkung, insbesondere Verkehr und Temperatur, erforderlich. Hier fehlen bisher theoretische Betrachtungen zum Straßen- und Eisenbahnverkehr, teilweise auch zur Temperatur. - Eine zumindest gewisse Quantifizierung der statistischen Kenngröße "einwirkungsseitige Modellunsicherheit" ist erforderlich. Das kann durch systematischen Vergleich der Beanspruchungen aus den Rechenmodellen und den mittels Messungen kalibrierten Modellen erfolgen. - Für Tragsysteme mit möglichen Umlagerungen ist die Erweiterung der für die Bauteilebene erarbeiteten Grundlagen erforderlich. Es sind Methoden zur Berechnung der Zuverlässigkeit im umgelagerten System bei Berücksichtigung der im ursprünglichen System gemessenen Verkehrsbeanspruchungen (und damit der Wahrscheinlichkeit der Umlagerung) zu erarbeiten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen