Datengestützte probabilistische Vorhersage des Betonkriechens unter Berücksichtigung der hygrischen und mechanischen Vorgeschichte bestehender Bauwerke (CreepStatus)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Michael Haist
• Fachliche Zuordnung: Konstruktiver Ingenieurbau, Bauinformatik und Baubetrieb ; Baustoffwissenschaften, Bauchemie, Bauphysik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 562810390

Eine präzise Vorhersage des Kriechens von Beton ist für die Bewertung der Restlebensdauer von verformungsempfindlichen Bauwerken wie z. B. vorgespannten Hohlkastenbrücken unerlässlich. Zur Vorhersage des Kriechens werden genormte Modelle herangezogen, die darauf ausgerichtet sind, das Langzeitverformungsverhalten eines definierten Betons während seiner (zukünftigen) Lebensdauer vorherzusagen. Da zum Zeitpunkt der Planung die konkrete Betonzusammensetzung nicht bekannt ist, stützt sich die Vorhersage zumeist auf Annahmen z. B. hinsichtlich der mittleren Betondruckfestigkeit. Weitere vereinfachende Annahmen betreffen die zukünftigen Klima- und Belastungsbedingungen. Streuungen in den Materialeigenschaften oder natürlich auftretende Schwankungen in den Klimabedingungen und den mechanischen Belastungen werden bislang vollständig vernachlässigt. In Anlehnung an die allgemeine Zielsetzung des SPP 2388 – und hier insbesondere an den Forschungsschwerpunkt „Zustandsindikatoren und -modelle“ – beabsichtigt das hier beantragte Projekt „CreepStatus“ die Entwicklung einer datengestützten Methodik zur Vorhersage des Betonkriechens insbesondere von alten, historischen Betonbauwerken. Im Gegensatz zu bestehenden deterministischen Ansätzen, wie z. B. im fib Model Code 2020, werden die wesentlichen Einflussparameter auf das Kriechen – d. h. Betoneigenschaften/ Zusammensetzung, Umgebungs- und Belastungsbedingungen – in probabilistischer Weise eingeführt. In enger Zusammenarbeit mit weiteren Mitgliedern des SPP 2388 wird in einem ersten Schritt eine Methodik zur Kalibrierung eines digitalen Materialzwillings (Creep Twin) abgeleitet, die auf Daten aus minimal-invasiven Miniaturproben beruht und somit das Bauwerk schont. Auf diese Weise können lokale Variationen der Betoneigenschaften und des Kriechverhaltens identifiziert werden. In einem zweiten bzw. dritten Schritt werden die statistischen Schwankungen der (zyklischen) klimatischen Bedingungen bzw. der (zyklischen) mechanischen Belastung und deren Einflüsse auf das Betonkriechen in das Modell einbezogen. Hierfür werden Daten aus Vor-Ort-Brückenmessungen (u.a. aus Förderphase 1) sowie aus Wetterdatenmessungen auf ihre Eigenschaften hinsichtlich kriechverursachender Verformungen analysiert und mittels Wahrscheinlichkeitsdichtefunktionen in das Modell eingearbeitet. Dabei kann der Autor auf physikalisch basierten Kriechmodellen aufbauen, die in früheren DFG-Projekten entwickelt wurden. Die allgemeine Vorhersagegenauigkeit des verbesserten Modells wird abschließend getestet, indem dieses in Finite-Elemente-Simulationen integriert wird. Die vorhergesagten Verformungen werden mit Messungen an der Nibelungenbrücke verglichen. Darüber hinaus wurde eine enge Zusammenarbeit mit der TNO vereinbart, die ebenso digitale Brückenzwillingen für niederländische Brücken erstellen, wo ebenfalls Vergleichsuntersuchungen durchgeführt werden.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2388: Hundert plus - Verlängerung der Lebensdauer komplexer Baustrukturen durch intelligente Digitalisierung