Reliability based system assessment of concrete structures as basis for structural health monitoring

Schnetgöke, Ralf

Die Erhaltung und Erneuerung alternder Bauwerke gewinnt heutzutage immer mehr an Bedeutung. Viele Bauwerke weisen deutliche Zeichen einer Alterung auf. Eine Quantifizierung des aktuellen Zuverlässigkeitsniveaus kann helfen, über die weitere Nutzung zu entscheiden und gegebenenfalls Maßnahmen zur Substanzerhaltung und -verbesserung zu veranlassen. Die zuverlässigkeitsorientierte Systembewertung von Bauwerken ist die Weiterentwicklung und Optimierung der Methoden der Zuverlässigkeitsanalyse. In der Dissertation werden die erforderlichen Ausgangsinformationen und Methoden für die zuverlässigkeitsorientierte Systembewertung von Bauwerken im Rahmen der Bauwerksüberwachung bereitgestellt und am Beispiel von zwei Spannbetonbauwerken erprobt. Die zuverlässigkeitsorientierte Systemanalyse beinhaltet die Verknüpfung der Strukturanalyse (FEM) und der Zuverlässigkeitsanalyse (erweiterte Monte Carlo Simulation). Die Interaktion von Struktur- und Zuverlässigkeitsanalyse wird programmtechnisch umgesetzt. Um die Auswirkungen von Bauwerksschäden auf das Trag- und Verformungsverhalten der Struktur und somit die Zuverlässigkeit eines Bauwerks zu untersuchen, werden Schadensszenarien auf der Basis von Schadensanalysen repräsentativer Bauwerke festgelegt. Die Bewertung von Massivbauwerken erfolgt zunächst für das intakte Bauwerk. So werden Schwachstellen des Bauwerks und maßgebenden Einflussgrößen sichtbar. Der zweite Schritt beinhaltet die Prognose der Zuverlässigkeit für postulierte Schadensszenarien. Bei einer Veränderung der Zuverlässigkeit muss geprüft werden, ob Überwachungsmaßnahmen oder Instandhaltungsmaßnahmen notwendig werden. Im Hinblick auf eine kontinuierliche Überwachung (Monitoring) werden Schwellenwerte ermittelt, bei deren Über- bzw. Unterschreitung die erforderliche Zuverlässigkeit nicht mehr gewährleistet ist. Eine neuerliche zuverlässigkeitsorientierte Bewertung wird erforderlich, sobald bei der Überwachung von Schwachstellen Veränderungen festgestellt werden.

Nowadays the preservation or renewal of old structures has become more and more important. Many structures are now reaching the end of their predicted lifespan or show at least serious signs of deterioration or damage. A quantification of the actual safety level of a structure would help to decide whether a structure still can be safely used. The reliability based system assessment of monitored building structures is the further development and optimization of the methods of reliability analysis. This dissertation provides the necessary information and methods for the reliability based system assessment within the structural heath monitoring and shows the application on two of prestressed concrete structures. The reliability based system assessment combines the methods of structural analysis (finite element method) and the methods of reliability analysis (advanced method of the monte carlo simulation). The interaction of the structural analysis and the reliability analysis is realized with a developed software. Structural damages can affect the load bearing and deformation behavior and therefore the safety level of the structure. This effect is studied with possible damage scenarios based on the analysis of representative structures. The assessment of concrete structures starts with the analysis of an undamaged structure. The results show possible weak points and relevant parameters. The second type of analysis is used for prognosis based on postulated damage scenarios. With the help of the results of these analyses, further decisions concerning inspection, monitoring and rehabilitation measures can be made. In terms of monitoring it is possible to establish quantitative threshold values. A new assessment of the structure is necessary when the inspection or monitoring of the weak points and relevant parameters show a modification.

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Schnetgöke, Ralf: Reliability based system assessment of concrete structures as basis for structural health monitoring. 2008.

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