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Buch: Monitoringgestützte Risikobewertung bestehender Massivbauwerke

Monitoringgestützte Risikobewertung bestehender Massivbauwerke

Berichte des Instituts für Massivbau der Universität Hannover, Band 10
Michael Hansen
Hrsg.: Leibniz Universität Hannover, Institut für Massivbau; Steffen Marx
2014, 313 S., zahlr. farbige Abb. und Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag
ISBN 978-3-8167-9298-7

Inhalt

Der Zusammenhang zwischen der Sicherheit eines Bauwerks auf der einen und der Überprüfung seines Zustandes und Messung seiner Beanspruchung auf der anderen Seite ist nicht neu. In vielen Bereichen des Bauwesens finden dafür entsprechende Untersuchungen statt. Diese verfolgen einerseits das Ziel, die auf das Bauwerk wirkenden Einwirkungen genauer einschätzen zu können. Aus diesem Grund werden einige Einwirkungen unmittelbar mit Sensoren erfasst (z. B. Temperatur), andere hingegen nur indirekt z. B. über Bauteilreaktionen (z. B. Gewichts- und Verkehrslasten). Andererseits sollen mit einer Überprüfung frühzeitig Schäden oder Überbeanspruchungen festgestellt werden, um eine Schadensbehebung oder im Extremfall den Schutz von Personen und Sachmitteln zu ermöglichen. Sobald die Öffentlichkeit durch ein katastrophales Bauwerkversagen schockiert wird, reagiert die Fachwelt z. T. mit innovativen, oftmals jedoch mit lange bekannten und in Vergessenheit geratenen Ansätzen. Die Gründe des Bauwerkversagens stehen dabei nicht immer im Fokus der Entwicklungen. Dies wurde wieder einmal z. B. nach dem tragischen Einsturz der Eissporthalle in Bad Reichenhall deutlich. In diesem Fall führten - wie im Regelfall - verschiedene Einflüsse und Randbedingungen zum Unglück und "neue" Messverfahren können nur begrenzt dienlich sein. Eine kostenverträgliche Erhaltung der Infrastruktur steht weltweit im Fokus der Untersuchungen. Nachdem bereits einige katastrophale Brückeneinstürze zu verzeichnen sind, werden auch die Politik und die Bevölkerung auf dieses Problem aufmerksam. Ein vorrangiges Ziel der bisherigen und aktuellen Forschungsarbeiten ist es, aus dem Gesamt- bestand der Infrastrukturbauwerke eine klassifizierte Übersicht zu erstellen. Damit soll eine prioritätenorientierte, kostenoptimierte Instandhaltungsstrategie entwickelt werden. Für diese Aufgabe stehen bspw. bei Brückentragwerken Datenbanksysteme bereit, in denen die aus den Brückenprüfungen zusammengetragenen Erkenntnisse über den Zustand einer Brücke formuliert sind. Aufgrund der im Regelfall nur unzureichend vorliegenden Informationen sind die darauf basierenden Erhaltungsstrategien noch sehr anfällig.
Mit Prognosen über den Zustand wird versucht, den Erhaltungsaufwand abzuschätzen und zu planen. Die dafür erforderlichen Eingangswerte können mit statistischen Mitteln aus Messreihen und Simulationen abgeleitet werden. Ein weiterer Schritt besteht nun darin, diese statistischen Daten numerisch weiter zu bearbeiten und auf wahrscheinlichkeitstheoretischer Grundlage Prognosen zu formulieren. Für diese Arbeitsschritte bestehen sowohl national als auch international erste Ansätze. Ob damit genauere Vorhersagen möglich werden, hängt letztlich von der Verfügbarkeit und Qualität der relevanten Eingangswerte sowie den durch Modelle vorausgesetzten Abhängigkeiten ab.
In dieser Arbeit werden die vielfältigen Abhängigkeiten der zuvor genannten Größen be- nannt und Zusammenhänge dargestellt. Durch praxisnahe Anwendungen an Brücken, Windenergieanlagen und Hochbauten wird der Umgang mit der Messtechnik sowie den probabilistischen Ansätzen veranschaulicht.


Verfügbare Formate

Softcover
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EUR 49.00 (* inkl. MwSt.)
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Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung und Überblick

1.1 Einführung

1.2 Problemstellung und Motivation

1.3 Stand der Forschung

1.4 Zielsetzung und Nutzen

1.5 Überblick über die nachfolgenden Kapitel

2 Risiko, Zuverlässigkeit und Sicherheit

2.1 Risiko

2.1.1 Risikoklassifikation

2.1.2 Risikowahrnehmung und -akzeptanz

2.1.3 Versagensfolgenbewertung

2.1.4 Bezugszeitraum, Nutzungszeitraum und Lebensdauer

2.1.5 Zuverlässigkeitsklassen und Zielzuverlässigkeit

2.2 Fehler, Schäden und Unsicherheiten

2.2.1 Fehlerquellen in den Planungsphasen

2.2.2 Fehlermechanismen

2.2.3 Fehler und Schäden an Bauwerken

2.2.4 Schadensarten, -ursachen und -bewertung

2.2.5 Unsicherheiten – Arten und Herkunft/Ursache

2.2.6 Faktor Mensch – Human Errors/Gross Errors

2.3 Bewertungs- und Zuverlässigkeitsverfahren im Überblick

2.3.1 Bewertungsverfahren

2.3.2 Methoden zur Sicherstellung einer ausreichenden Zuverlässigkeit

2.3.3 Zuverlässigkeitsverfahren

2.4 Stochastische Eingangswerte und Modellunsicherheiten

2.4.1 Stochastische Eingangswerte

2.4.2 Einwirkungen und Einwirkungsmodelle

2.4.3 Widerstände und Widerstandsmodelle

2.5 Sicherheitselemente und Grenzzustände

2.5.1 Sicherheitselemente der Bemessung

2.5.2 Grenzzustände

2.5.3 Teilsicherheitsbeiwerte für Neu- und Bestandsbauten

2.6 Systemzuverlässigkeit

2.6.1 Serien- und Parallelsysteme

2.6.2 Fehler-, Ereignis- und Entscheidungsbäume

2.7 Datenermittlung und -updating

2.7.1 Datenermittlung

2.7.2 Berücksichtigung zusätzlicher Informationen (Updating)

2.8 Angewandte Zuverlässigkeitsanalyse

2.8.1 Stufen der Zuverlässigkeitsanalyse

2.8.2 Theorie und Praxis

2.8.3 Grundsätze für die Sicherheit von Bauwerken

2.8.4 Bestandsbauten

2.8.5 Lebensdauerprognosen

2.8.6 Instandhaltung und Bauwerksmanagement

3 Inspektionen und Messungen

3.1 Warum werden Sensoren eingesetzt?

3.2 Messeinrichtungen

3.2.1 Grundbegriffe

3.2.2 Verfahren und Sensoren für Messungen im Bauwesen

3.2.3 Messwertverstärker für Messungen im Bauwesen

3.2.4 Datenermittlung, Auswertung und Interpretation

3.3 Experimentelle Methoden

3.3.1 Laboruntersuchungen

3.3.2 In-situ-Messungen

3.3.3 Zerstörungsfreie und zerstörende Prüfmethoden

3.3.4 Monitoring

3.3.5 Experimentelle Tragsicherheitsbewertung

3.4 Messkonzept

3.4.1 Grundlagen

3.4.2 Unterteilung des Bauwerks

3.4.3 Datenerfassung, -sammlung und -dokumentation

3.4.4 Datenanalyse

3.4.5 Stichprobenumfang für relevante Bewertungen

3.4.6 Maßstabseffekte

3.5 Messunsicherheiten und Unsicherheiten in der Messtechnik

3.5.1 Messunsicherheiten

3.5.2 Unsicherheiten in der Messtechnik

3.6 Angaben zur Belastungsgeschichte aus Monitoring

3.7 Praxisanwendungen

4 Zum Risiko baulicher Anlagen

4.1 Lessons learned

4.2 Kosten

4.3 Hochbauten

4.4 Straßenbrücken

4.4.1 Forschungsaktivitäten (Verkehrslasterfassungen)

4.4.2 Monitoring und Probebelastungen bei Brücken

4.4.3 Probabilistische Berechnung einer Straßenbrücke

4.5 Windenergieanlagen (Onshore/Offshore)

4.5.1 Aktueller Stand

4.5.2 Forschungsaktivitäten

4.5.3 Monitoring

4.5.4 Probabilistische Berechnung einer WEA

5 Zusammenfassung und Ausblick

5.1 Zusammenfassung

5.2 Ausblick

6 Literatur

6.1 Normen und Richtlinien / Regelwerke

6.2 Literatur zu Kapitel 1

6.3 Literatur zu Kapitel 2: Zuverlässigkeit

6.4 Literatur zu Kapitel 3: Monitoring

6.5 Literatur zu Kapitel 4: Risiko baulicher Anlagen

6.6 Literatur mit Beiträgen des Autors (Auszug)

6.6.1 Bücher und Aufsätze

6.6.2 Tagungsbeiträge und Vorträge

6.6.3 Institutsberichte

6.7 Literatur zur Versuchstechnik

6.8 Literatur zu Anwendungen

6.8.1 Allgemein

6.8.2 Nachrechnungsrichtlinie

6.8.3 Spannungsrisskorrosion

7 Glossar, Abkürzungen und Verweise

7.1 Glossar

7.2 Abkürzungen

7.3 Forschungsverbunde und Kongresse

8 Anhang

8.1 Statistik

8.1.1 Gebräuchliche statistische Verteilungen

8.1.2 Student-Verteilung

8.2 Phasen eines Bauwerks nach VDI nach [H.18]

8.3 Betondruckfestigkeiten

8.4 Zeitpunkte im DLS

8.4.1 Karbonatisierung

8.4.2 Chloridmigration

8.4.3 Rissbildung und Betonabplatzung

8.4.4 Querschnittsreduzierung durch Korrosion

8.5 Schadensdatenbank

8.6 Probabilistische Berechnungen

8.6.1 Brücken

8.6.2 Windenergieanlagen



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Ulrike Kuhlmann, Ulrich Breuninger
Längsschubbeanspruchung bei Verbundträgern mit liegenden Kopfbolzendübeln im Hochbau. Schlussbericht
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Werden bei Verbundträgern die Kopfbolzendübel in der Betonplatte liegend angeordnet, dann wirkt bei einer Längsschubbeanspruchung der Verbundfuge Spaltzug in Plattendickenrichtung. Durch den Spaltzug entstehen Risse. Im Gegensatz zum stehenden Kopfbolzendübel wird die Rissbildung nicht behindert, da die Ausdehnung der Platte in Dickenrichtung sehr begrenzt und eine Netzbewehrung in Dickenrichtung nicht vorhanden ist. Neben den Kopfbolzenabmessungen hat die Dicke der Platte bzw. der Randabstand des Dübels entscheidenden Einfluss auf die Tragfähigkeit der Verbindung. Auch der Achsabstand der Dübel untereinander wirkt sich auf die Tragfähigkeit aus. Zusätzlich beeinflussen die Größe und Lage der Bewehrungsstähle die Tragfähigkeit. Zur Untersuchung des Einflusses der verschiedenen Konstruktionsparameter auf die Tragfähigkeit mittig in Betonplatten eingebauter, liegender Kopfbolzendübel werden Versuche und Finite-Elemente-Untersuchungen durchgeführt. Es wird eine Gleichung zur Bestimmung der Tragfähigkeit mittig in Betonplatten eingebauter, liegender Kopfbolzendübel unter Längsschubbeanspruchung in Abhängigkeit verschiedener Parameter entwickelt. Darauf aufbauend wird eine Gleichung zur Ermittlung des Bemessungswiderstandes nach Eurocode 4 vorgeschlagen. Die Duktilität mittig in Betonplatten eingebauter, liegender Kopfbolzendübel überschreitet die Anforderungen nach Eurocode 4 bei weitem.


Einar Keintzel
Verträglichkeitsuntersuchungen zwischen deutschen Erdbebenregelungen und Eurocode 8. Abschlußbericht
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Die Unverträglichkeit zwischen der derzeit geltenden deutschen Erdbebennorm DIN 4149-1 und Eurocode 8 sowie die Tatsache, daß die DIN 4149-1 nicht mehr dem heutigen Kenntnisstand entspricht, haben zur Überarbeitung dieser Norm geführt. Ziel war es daher, einen Entwurf für eine solche Überarbeitung zu erstellen, der die theoretischen Vorzüge von Eurocode 8 möglichst weitgehend mit der Einfachheit der derzeit geltenden DIN 4149-1 verbindet. Die überarbeitete DIN 4149-1 soll einerseits das Konzept von Eurocode 8 übernehmen, und andererseits die wesentlich auf Bauten in Starkbebengebieten ausgerichteten Regeln aus Eurocode 8 an die tatsächlichen Bedürfnisse von Deutschland als Schwachbebengebiet anpassen. Zunächst wird ein Überblick über die Vorarbeiten zur Überarbeitung der Norm geboten, und des werden die Empfehlungen des dafür zuständigen Lenkungsgremiums dargelegt. Nach einer kurzen Erläuterung des Überarbeitungskonzepts folgen Kommentare zu den einzelnen Normkapiteln und anschließend der Textentwurf zu DIN 4149.


G. Sedlacek, B. Hoffmeister
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Zunehmender Optimierungs- und Ausnutzungsgrad moderner Stahl- und Verbundkonstruktionen haben zur Folge, daß die Schlankheiten und die Spannweiten von Deckenkonstruktionen immer größer werden. Diese Tendenz kann zu einer erhöhten Empfindlichkeit der Bauwerke gegenüber dynamischen Anregungen führen, was wiederum eine starke Beeinträchtigung der Gebrauchsfähigkeit nach sich ziehen kann. Soll die Gebrauchsfähigkeit hinsichtlich menscheninduzierter Schwingungen sichergestellt werden, müssen die dynamische Belastung, die Bauwerksreaktion und die Auswirkung des dynamischen Verhaltens aufeinander abgestimmt werden. Der Bericht liefert einen Überblick über den gegenwärtigen Kenntnis- und Normungsstand zu dem Thema menscheninduzierte Schwingungen, deren Ursachen und Auswirkungen. Es konnte festgestellt werden, daß hinsichtlich der anzusetzenden Belastung (Laufen, Gehen, Hüpfen) die in allen herangezogenen Quellen gewählten Ansätze weitgehend ähnlich sind. Der Vergleich der Normen, die eine Bewertung und Beurteilung der Schwingungseinwirkungen auf den Menschen ermöglichen, zeigt zum Teil deutliche Unterschiede auf.


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Bei der Untersuchung von kurzzeitbelasteten, laengsgedrueckten Zylinderschalen hat sich gezeigt, dass die Verzweigungslasten nach der linearen Schalentheorie nicht erreicht werden. Bei langanhaltender Belastung wachsen die Vorbeulen infolge des Kriechens weiter an und es kommt zu einer weiteren Erniedrigung der Beullast. Der Nachbeulfaktor haengt bei den fuer Siloschalen ueblichen r/t-Verhaeltnissen von 100 bis 200 praktisch nur vom Verhaeltnis des Umfangszuges infolge des Innendruckes zum Laengsdruck ab. Zur Erfassung des Kriecheinflusses werden in die Beziehungen fuer die Kurzzeitbelastung die durch das Kriechen vergroesserten Vorbeulen eingefuehrt. Als Kriechabminderung koennen die Werte ohne Innendruck uebernommen werden. Ferner zeigt sich, dass die in der Praxis uebliche Kriechabminderung auf der sicheren Seite liegt. (-y-)


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