Unscharfe Prozeßsimulati­onsmodelle für numerisches Tragwerksmoni­toring

Als Alternative zum In-situ-Monitoring wird das prognostische numerische Tragwerksmonitoring entwickelt, beim dem der Prozeß der Tragwerksalteration - das sind stetige und unstetige Veränderungen, denen Tragwerke während ihrer Nutzung unterliegen - simuliert wird.

Ziel des Forschungsprojektes ist die algorithmische Formulierung von Tragwerksalteration als unscharfer Prozeß und die Entwicklung eines Prozeßsimulationsmodells. Dieses Modell wird als diskontinuierlicher Fuzzy- und Fuzzy-Zufallsprozeß beschrieben. Damit lassen sich sowohl Deterioration als auch Healing in Form nichtmonotoner unscharfer Prozesse erfassen.

Das Prozeßsimulationsmodell wird als z (t) = M (x(t)) dargestellt. Dabei sind t die von den Ortskoordinaten der Zeit und zusätzlichen physikalischen Parametern wie Temperatur und Luftfeuchte abhängigen Argumente der diskontinuierlichen und unscharfen Prozesse aller Eingangsgrößen x. Mit z (t)werden die mit Hilfe des Prozeßsimulationsmodells M berechneten Systemantworten bezeichnet. M repräsentiert das jeweilige, der Aufgabe angepaßte Abbildungsmodell. Nach numerischer Diskretisierung im Raum der Eingangsparameter gelingt es, für M eine deterministische Grundlösung M, d.h. einen baumechanischen Analysealgorithmus, anzuwenden. Mit der jeweiligen deterministischen Grundlösung M können folgende Formen der Tragwerksalteration simuliert werden:

• Form 1 kontinuierliche Veränderungen infolge physikalischer oder chemischer Veränderungen der Baustoffe, z.B. Korrosion der Bewehrung, Karbonatisierung, Durchfeuchtung, Kriechen und Schwinden
• Form 2 kontinuierliche Veränderungen des Tragwerkes infolge Nutzung, z.B. zunehmende Rißbildung unter Verkehrslasten, Abrieb
• Form 3 quasipunktuelle (diskrete) geplante Veränderungen während der Tragwerkserrichtung (z.B. Bauabschnitte, Verbundherstellung bei Spanngliedern) und nach Umbauten zur Ertüchtigung, Umnutzung und Sanierung
• Form 4 diskrete ungeplante Tragwerksveränderungen infolge von Unfällen, Havarien und Anprallasten

Durch Variation der Einflußparameter wird es möglich, alternative Alterationspfade zu simulieren und zu bewerten. Für die Bewertung der Tragwerksveränderungen werden neu zu definierende unscharfe Indikatoren eingeführt. Diese Indikatoren bewerten

• den aktuellen Zustand eines Tragwerkes in Abhängigkeit von der Steifigkeit, der Modifikation und der Schädigung (health indicator)
• die Sensitivität des modifizierten Tragwerkes
• Redundanz und Robustheit des modifizierten Tragwerkes

Forschungsprojekte