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Projekt
Optimierungsverfahren für robuste und dauerhafte Stahl- und Faserbetontragwerke unter Berücksichtigung skalenübergreifender polymorpher Unschärfemodellierung
Antragsteller
Professor Dr.-Ing. Steffen Freitag; Professor Dr. Günther Meschke
Fachliche Zuordnung
Angewandte Mechanik, Statik und Dynamik
Förderung
Förderung von 2016 bis 2024
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 312921814
Übergeordnetes Ziel des Projekts ist die Entwicklung numerischer Zuverlässigkeitsmodelle und Optimierungsverfahren für den lebensdauerorientierten Entwurf von Stahl- und Faserbetontragwerken, mit denen der Einfluss von unscharfen, d.h. nicht deterministisch beschreibbaren Entwurfsgrößen und unscharfen zeitvarianten Einwirkungen auf den Tragwerkszustand über die gesamte Nutzungsdauer erfasst werden kann. Dabei werden Interaktionen zwischen lastinduzierten Schädigungen und umgebungsbedingten korrosiven Prozessen mit skalenüberbrückenden Modellen in Kombination mit physikalisch fundierten Dauerhaftigkeitsmodellen erfasst. Die gleichzeitige Berücksichtigung polymorph unscharfer Daten (stochastische Parameter, Intervalle, Fuzzy-Größen und verallgemeinerte Unschärfemodelle) und wirklichkeitsnaher Simulationsmodelle zur Beschreibung lokaler Degradationsprozesse (z.B. Risse) führt zu einer ungeheuren Komplexität des Problems. Um diese zu bewältigen, werden Simulationsstrategien, die durch eine Kombination von hochauflösenden Partialmodellen für kritische Tragwerksstellen (hot spots) und vereinfachten Modellen auf der Strukturebene gekennzeichnet sind, und Modellreduktionsverfahren, die in der Lage sind, zeitabhängige Prozesse und hochdimensionale Eingangsparameter zu berücksichtigen, entwickelt. Aufbauend auf den Forschungsergebnissen aus der ersten Projektphase beschäftigt sich die zweite Forschungsphase mit folgenden Fragestellungen:• Wie beeinflussen unvermeidbare Unschärfen von Entwurfsparametern auf der Materialebene (z.B. Betonrezeptur, Faserverteilung, Stahl-Beton-Verbund-Eigenschaften) und herstellungsbedingte Imperfektionen die Tragwerkszuverlässigkeit?• Ist es möglich, über Simulationen des Betoniervorgangs von Faserbetonbauteilen Unschärfen beim Entwurf von Faserbetonstrukturen zu reduzieren?• Welchen Einfluss haben die Betonrezeptur und das Bewehrungsdesign (Faserbewehrung vs. konventionelle Stahlbewehrung und hybride Designs) und die damit verbundenen Unschärfen auf die Dauerhaftigkeit und Lebensdauer von Tragwerken?• Ist es möglich, optimale Werte für die Betondeckung von Stahlbetontragwerken im Hinblick auf einen lebensdauerorientierten Entwurf abzuleiten, indem die Wechselwirkungen zwischen dem Bewehrungsdesign, der Rissbildung und dem Eindringen korrosiver Substanzen in den Beton und deren Streuungen systematisch analysiert und ggf. optimiert werden?• Welchen Einfluss hat die Verwendung von Hochleistungsfaserbeton beim Entwurf vorgespannter Brücken bzw. beim Entwurf von Ertüchtigungsmaßnahmen auf das Ermüdungsverhalten bzw. die erwartete Lebensdauer?Die entwickelten numerischen Methoden und Unschärfemodelle werden prototypisch auf ein Referenztragwerk angewendet und getestet. Dieses Brückentragwerk ist als vorgespannter Plattenbalken und einem zweilagigen Brückendeck, bestehend aus einer Kombination aus Hochleistungsfaserbeton und Beton mit konventioneller Bewehrung, ausgeführt.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
