III-2: Bewertung von multiskaligen Partialmodellen von Tragelementen und ihrer Interaktion

Die stete Entwicklung leistungsfähigerer Simulationsmethoden, in Form von anspruchsvollen wie ausgefeilten Berechnungsansätzen mit der zughörigen Rechnerleistung, ist allgegenwärtig - so auch im Bauwesen. Im Ergebnis stehen meist deutlich komplexere Berechnungsmodelle, die durchaus in der Lage sind mehr Effekte gleichzeitig zu erfassen und somit allgemeiner anwendbar scheinen, tatsächlich aber erfordert eine steigende Modellkomplexität unter anderem auch die Kenntnis einer wachsenden Zahl von Eingangsparametern. Deren konkrete Ermittlung unterliegt naturgemäß gewissen Unsicherheiten, die sich unweigerlich durch alle Bearbeitungsschritte in das Ergebnis der Simulation fortpflanzen. Letztendlich können trotz grundsätzlich genauerer Berechnungsmodelle Unsicherheiten erwachsen, welche die Aussagekraft - das Verhalten des Gesamtbauwerks betreffend - deutlich mindert. Aus Sicht eines praktisch tätigen Ingenieurs führt dies zwangsläufig zu der Frage, welches sollte in einer gegebenen Situation das Modell der Wahl sein? Genauer, welche Auswahl aus möglichen Partialmodellen stellt einen ausgewogenen Kompromiss dar, um den Anforderungen im Planungsprozess an die Ergebnisgenauigkeit im Verhältnis zum Aufwand zu entsprechen?

Ziel dieses Projektes ist es Methoden zu entwickeln, die es ermöglichen die Prognosefähigkeit eines Modells in einer quantitativen Form festzustellen und zu bewerten. Betrachtet werden hierbei Modellansätze für primäre und sekundäre Tragstrukturen von mehrgeschossigen Rahmentragwerken in Stahlbetonbauweise, d.h. Modelle für Strukturelemente dieser Tragwerke. Als Beispiele für Primärelemente gelten Stützen, Riegel oder Rahmenknoten und als Vertreter der Sekundärelemente sind Ausfachungen zu nennen. Der Fokus des Interesses liegt hierbei auf der Wechselwirkung dieser, sich im Tragverhalten sehr stark unterscheidenden, primären und sekundären Tragelemente. Dies besonders in der Situation einer zunehmenden Schädigung, wie sie unter der Wirkung von extremen Einwirkungen, wie beispielsweise Erdbeben, zu erwarten ist. Schwerpunkte der Arbeit sind neben der Methodenentwicklung zur Modellbewertung, die Festlegung eines geeigneten Bewertungsmaßstabs. Die Identifizierung von geeigneten Schadensindikatoren (z.B. Verformungen und/oder Energiebetrachtungen) zur qualitativen wie quantitativen Erfassung der Schädigung von Rahmen und Ausfachung stellt die Basis dieses Bewertungsmaßstabes dar. Weiterhin gilt als elementarer Bestandteil, die betrachteten Modelle mittels numerischer Simulationen zur Anwendung zu bringen, um letztlich die Konsequenz der Modellwahl für die jeweiligen Tragelemente im Kontext einer Gesamtaussage am Bauwerk zu darzustellen. Die Herausforderung besteht darin, dies zuverlässig sowohl für die Tragelemente als auch für ganze Gebäude durchzuführen.

Tutoren: J. Schwarz, F. Werner, P. Gülkan, M. Bikçe  

Kontakt: Mathias Leipold