Semi-probabilistic, Sensor-based Design and Dimensioning Concepts for Intelligent Structures

Ingenieurbauwerke werden zunehmend mit Sensorik ausgestattet, um während des gesamten Lebenszyklus sensorbasierte Bauwerksinformationen zu erhalten. Die sensorbasierten Bauwerksinformationen können in Echtzeit bereitgestellt, weiterverarbeitet und mit Informationen aus anderen Quellen verknüpft werden, um umfassendes Wissen über die jeweiligen Bauwerkszustände abzuleiten (Industrie 4.0, Semantic Web, Internet der Dinge, "Intelligente Brücke"). Subsummiert unter dem Begriff des "intelligenten Bauwerks" werden Ingenieurbauwerk und Bauwerksmonitoringsystem als eine Einheit betrachtet. In den aktuellen Bemessungskonzepten solcher Tragwerke werden die zusätzlichen sensorbasierten Bauwerksinformationen jedoch nicht berücksichtigt. Beispielsweise basieren die Eurocodes und das zugrundeliegende Teilsicherheitskonzept auf der Annahme, dass im gesamten Lebenszyklus eines Bauwerks keine sensorbasierten Informationen über den tatsächlichen Bauwerkszustand zur Verfügung stehen; stattdessen wird zum Zeitpunkt des Entwurfs und der Bemessung ein hypothetischer Zustand zugrunde gelegt, der unterschiedliche Einflüsse des gesamten Lebenszyklus und damit verbundene Unsicherheiten abbilden soll. Infolgedessen kann es zu unnötigen Überdimensionierungen und zu erheblichen Mehrkosten kommen, was sich häufig auch in nicht optimal planbaren Sanierungs- und Reparaturmaßnahmen manifestiert.

Dieses Forschungsprojekt verfolgt zwei Zielsetzungen:

1. Es soll untersucht werden, welche Implikationen die Verfügbarkeit von zusätzlichen, sensorbasierten Bauwerksinformationen im Rahmen intelligenter Bauwerke auf Bemessungskonzepte im Bauwesen, insbesondere auf die bestehenden Teilsicherheitskonzepte, hat.
2. Außerdem soll auf einer substanzwissenschaftlich abgesicherten Basis und unter Berücksichtigung von (1) ein allgemeingültiges Entwurfskonzept für Monitoringsysteme für intelligente Bauwerke entwickelt werden.

Um diese Zielsetzungen zu erreichen, wird ein semi-probabilistisches Sicherheitskonzept entwickelt, das dem Umstand Rechnung trägt, dass bei intelligenten Bauwerken fortlaufend aktualisierte Sensordaten erhoben werden und zusätzliche Bauwerksinformationen vorliegen. Ein Kern der Arbeiten befasst sich mit der Frage, inwieweit Bauwerkswiderstände und die Einwirkungen sowie deren komplexe Wechselwirkungen sensorisch erfasst werden können und wie diese formal abzubilden sind. Zugleich werden die bemessungs- und sicherheitstechnischen Aspekte aktueller Konzepte methodisch analysiert. Es ist offenkundig, dass die Unsicherheiten auf der Einwirkungs- und Widerstandsseite durch den hier verfolgten Ansatz zwar maßgeblich reduziert werden können, allerdings entstehen neue Unsicherheiten, die durch die Sensorik selbst und durch die angeschlossenen Hardware- und Softwaresysteme bedingt sind (z.B. Sensorausfall, Sensorfehlkalibrierungen, unterbrochene Datenübertragungen). Diese zusätzlichen Unsicherheiten sollen adäquat abgebildet und in das Sicherheitskonzept integriert werden.

Projektart
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG): Sachbeihilfe
Antragsteller:  Prof. Kraus, Prof. Smarsly

Förderdauer
2018 - 2022

Kurzdarstellung (PDF)