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Erarbeitung von Modellen zur Bestimmung der Schadensumfangsentwicklung von Brücken

Designing models to determine the development of the extent of damages to bridges

Müller, Stephan

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Freie Schlagwörter (Deutsch): Brücken Management System , Deutschland , Entwicklung , Forschungsbericht , Numerisches Modell , Sachschaden , Zustandsbewertung
Freie Schlagwörter (Englisch): Bridge management system , Condition survey , Damage , Development , Digital model , Germany , Research report
Collection: BASt-Beiträge / ITRD Sachgebiete / 53 Brückenbau
Institut: Sonstige
DDC-Sachgruppe: Ingenieurwissenschaften
Sonstige beteiligte Institution: Institut für Massivbau und Baustofftechnologie (Karlsruhe). Abteilung Baustoffe und Betonbau
Dokumentart: Buch (Monographie)
Schriftenreihe: Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen, Reihe B: Brücken- und Ingenieurbau
Bandnummer: 111
ISBN: 978-3-95606-136-3
Sprache: Deutsch
Erstellungsjahr: 2014
Publikationsdatum: 10.03.2015
Kurzfassung auf Deutsch: Ein Großteil der Brückenbauwerke in Deutschland hat in Anbetracht der üblichen Nutzungsdauer von 100 Jahren über die Hälfte dieser Zeitspanne überschritten. Zur Wahrung der Sicherheit müssen sämtliche Brückenbauwerke in festgelegten Intervallen geprüft werden. Hierbei wird der IST-Zustand ausgewertet und entsprechend RI-EBW-PRÜF beurteilt, um eine optimale Instandhaltungsstrategie ausarbeiten zu können. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, Modelle der Schadensumfangsentwicklung von häufigen Schäden an Brücken zu erarbeiten und ein Prognoseverfahren für die Zustandsentwicklung von Brückenbauwerken zu konzipieren und damit die statische Bewertung nach RI-EBW-PRÜF um die dynamischen Schädigungsmodelle zu erweitern. Dafür ist es notwendig, die Änderung der Daten aus den Bauwerksprüfungen, die dem Algorithmus zur Berechnung der Zustandsbewertung zu Grunde gelegt werden, mit den Modellen der Schadensumfangsentwicklung für künftige Zeitpunkte vorher zu bestimmen. Hierfür werden Ingenieurmodelle und probabilistische Modelle gewählt: Die S-Shape-Funktionen und Markov-Ketten bzw. -Prozesse, welche anhand von Realdaten und durch Berechnung mit Schädigungsmodellen validiert werden, erweisen sich hierfür als äußerst produktiv. Für beide Modelle werden grundlegende Untersuchungen durchgeführt und gezeigt, dass ein Zusammenhang zwischen den Modellen besteht. Es offenbart sich, dass S-Shape-Funktionen das Potential haben als erste Einschätzung für die Zustandsentwicklung einer Brücke herangezogen zu werden. Zur Anwendung der Markov-Ketten werden Daten aus SIB-Bauwerke aus Nordrhein-Westfalen und Thüringen ausgewertet. Da das zur Verfügung gestellte Datenfeld zu gering ist, werden Optimierungsverfahren und Möglichkeiten geprüft, den Bestand künstlich zu erweitern. Darauf aufbauend kann gezeigt werden, dass eine Optimierung des Verfahrens unter Berücksichtigung kürzerer Prüfintervalle möglich ist. Das Konzept für ein Modell der Schadensumfangentwicklung ist damit komplett.
Kurzfassung auf Englisch: Most bridge constructions in Germany have reached more than half of their usual service life of 100 years. To guarantee safety, all bridge constructions have to be inspected at defined intervals. During these inspections, current conditions are assessed according to RI-EBW-PRÜF in order to develop an optimum maintenance and repair strategy. The research project is aimed at designing models for the development of the extent of frequent damages of bridges and at establishing a method for the prognosis of the development of the condition of bridge constructions and, hence, at extending the assessment according to RI-EBW-PRÜF by dynamic damage models. For this purpose, it is required to determine in advance future variations of the data of construction inspections, which are used for the algorithm computing the assessment with the help of models for the development of the extent of damage. Engineering models and probabilistic models are selected. The S-shape functions and Markov chains or processes validated with real data and calculations based on damage models are found to be highly useful for this purpose. For both models, basic studies are performed and the relationship between them is established. The S-shape functions turn out to be useful for a first estimation of the development of the condition of a bridge. For the application of Markov chains, data from the SIB-Bauwerke program from North Rhine-Westphalia and Thuringia are evaluated. As the data supplied are not sufficient, optimization methods and possibilities of artificially extending the data inventory are considered. It is shown that the method can be optimized for shorter inspection intervals. This completes the concept for a model of the development of the extent of damage.