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Verfahren und Modelle zur Quantifizierung der Zuverlässigkeit von dauerüberwachten Bestandsbrücken
BASt-Bericht B 151
Marian Ralbovsky, Dominik Prammer, Stefan Lachinger, Alois Vorwagner, AIT Austrian Institute of Technology GmbH Wien
118 Seiten
Erscheinungsjahr: 2020
Projektnummer: 15.0625
Preis: 0,00 €
Dieser Bericht steht ausschließlich kostenfrei im elektronischen BASt-Archiv ELBA zur Verfügung.
Die Dauerüberwachung wurde schon in der Vergangenheit als eine mögliche Kompensationsmaßnahme zur Sicherstellung von Standsicherheit und Gebrauchstauglichkeit erkannt. Dabei soll die Überwachungsanlage eine Warnmeldung auslösen, wenn der Brückenzustand kritisch wird. Durch die rechtzeitige Umsetzung von Maßnahmen soll das Brückenversagen dann verhindert werden. Die Versagenswahrscheinlichkeit des Bauwerks ist folglich geringer, da zusätzliche Information aus Dauerüberwachung vorliegen. Die Quantifizierung dieser Versagenswahrscheinlichkeit war bislang nicht möglich. Das Ziel dieser Arbeit war, eine Methode zur Quantifizierung der Zuverlässigkeit von dauerüberwachten Brücken vorzuschlagen.
Im Zuge dieser Arbeit wurden unter anderem die bestehenden Überwachungsmaßnahmen analysiert und Bewertungsmethoden verglichen. Dazu wurde eine Population aus 100 Brücken eines Typs künstlich erstellt und analysiert.
Die vorgeschlagene Methode zur Quantifizierung der Zuverlässigkeit von dauerüberwachten Brücken geht von zwei Arten des möglichen Versagens der Überwachungsmaßnahme aus. Erstens, dass trotz Analyse der Überwachungsdaten ein gravierender Schaden nicht erkannt wird und es zum Versagen kommt; und zweitens, dass nicht genug Zeit bleibt, eine risikoreduzierende Maßnahme umzusetzen. Es wurde eine Methode vorgeschlagen, die die Versagenswahrscheinlichkeit in beiden Fällen quantifiziert. Dabei werden gewisse Annahmen, zum Beispiel bezüglich des Versagensmechanismus und der Extremwertverteilung der Verkehrslast und der Indikatoren, getroffen. Die Auswirkungen von lastbedingten Schädigungen auf die gemessenen Indikatoren werden hierbei durch FE-Simulationen bestimmt.
Mögliche Ausfälle der Anlage werden durch Verlängerung der nötigen Erfassungsdauer berücksichtigt. Die Datengrundlage dazu wurde durch Erfahrungswerte der Ausfallraten, die im Rahmen des Projektes durch eine Umfrage erhoben wurden, gebildet. Unsicherheiten der Messwerterfassung werden bei der Festlegung der Schwellwerte berücksichtigt.
Die Methode wurde am Fallbeispiel der Hochstraße Gifhorn angewandt und der Zugewinn der operativen Zuverlässigkeit durch die Überwachungsmaßnahme wurde ermittelt.
Methods and models for quantifying the reliability of existing bridges equipped with permanent monitoring
In the past it was recognized that permanen monitoring may be possibly used as compensatory measure to ensure structural stability and serviceability. The task of the monitoring system is to issue a warning if the structural condition becomes critical. Hence, failure can be prevented through timely implementation of riskreducing measures. Consequently, the failure probability is lower in such a case compared to the case without monitoring information. However, the quantitative assessment of this failure probability was not yet possible. Aim of this work was to propose a method for quantitative assessment of the reliability of bridges equipped with permanent monitoring.
In course of this work, existing monitoring approaches were analyzed, and assessment methods were compared. This was done on a population of 100 bridges of one type, which was artificially generated and analyzed.
The proposed method for quantification of reliability of bridges equipped with permanent monitoring assumes two types of failure of the monitoring approach. First, the failure to recognize a serious damage in spite of finished measurement data analysis and subsequent structural failure; and second, lack of time to implement a risk reduction measure. A method for quantification of failure probability in both cases was proposed. Certain assumptions are made in the process, e.g. regarding the failure mechanism, as well as regarding extreme value distributions of traffic loads and measured indicators. The effect of traffic-load-induced damages on measured indicators is determined through FE-simulations.
Potential outage of the measurement system is considered through prolongation of required data acquisition duration. Data for this evaluation was acquired in course of the project through a surve among monitoring practitioners, which collected experiences with failure rates of measurement components. Measurement uncertainties are accounted for in course of determination of warning thresholds.
The method was applied on the case study of a flyover bridge, and the increase of operational reliability due to the compensatory monitoring measure was assessed.