2023-06-252023-06-25https://tore.tuhh.de/handle/11420/15969Ingenieurbauwerke 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.Engineering structures are increasingly equipped with structural health monitoring systems. From the sensor data obtained, valuable sensor-based information is available during the whole life-cycle of a structure. Continuously updated in real time, sensor-based information can be communicated online and coupled with information from further sources to derive knowledge about the structure (Industry 4.0, Semantic Web, Internet of Things, "Intelligent Bridge"). Both, that is engineering structure and intelligent structural health monitoring system, are considered as one unit, referred to as "intelligent structural system". However, current design standards have not kept pace with the rapid developments in intelligent sensing technologies: Sensor-based information provided by structural health monitoring systems is not considered in current structural design concepts. For example, Eurocodes and corresponding partial safety factor concepts are adapted from the assumption that no sensor-based information is available throughout the whole life-cycle of a structure; rather, a hypothetical, unknown structural state is taken as a basis for the design. This state has to reflect different influences and associated uncertainties the structure is exposed to during its life time. This assumption may result in oversizing and additional costs as well as in rehabilitation and repair works that cannot be planned optimally. The goal of this research project is twofold: First, the implications of integrating sensor-based information into structural design concepts are to be investigated and design concepts particularly for intelligent structural systems are to be proposed. Second, based on the first goal, a general development strategy for structural health monitoring systems for intelligent structural systems is to be developed. To achieve these goals, the proposed research addresses the following key issues. Upon analyzing current design concepts, a semi-probabilistic safety concept will be developed for intelligent structural systems, taking into account the availability of additional sensor-based information on the structural state. A major part of this work is devoted to investigating to which extent loads and resistances (as well as their correlation) can be captured by sensors and how they should formally be represented. Clearly, when incorporating additional sensor-based information into structural design concepts, uncertainties with respect to the actual state of a structure can significantly be reduced. However, new uncertainties arise, which are caused by the hardware and software components of the structural health monitoring system installed on the intelligent structural systems (e.g. sensor failures, miscalibrations, and interrupted data lines). These additional uncertainties will be addressed and integrated into the safety concept to be proposed as an outcome of this research project.