Monitoringbasierte strukturmechanische Schadensanalyse von Bauwerken beim Tunnelbau

Die Bewertung des Schadensrisikos von Bauwerken spielt eine zentrale Rolle in den Prozessen innerurbaner Tunnelbauprojekte. Das Schadensrisiko ist dabei wesentlich geprägt von der Bauwerkssteifigkeit, welche allerdings bei bisherigen Methoden nur unzureichend erfasst wird. In dieser Arbeit werden nach dem Prinzip der Systemidentifikation analytische, numerisch-iterative und statistische Ansätze zur Rückrechnung der Steifigkeit realer Bauwerke entwickelt. Über gemessene Verschiebungen an Bauwerken aktueller Tunnelbauprojekte und den bekannten Formen der Freifeldsetzungsmulden werden so Bauwerkssteifigkeiten identifiziert und mit strukturmechanischen Merkmalen verknüpft (Steifigkeitsidentifikation). Daraus abgeleitete Empfehlungen sind zum einen Grundlage zur Optimierung bestehender Schadensbewertungsmethoden und zum anderen zur direkten Ableitung des Schadensrisikos geeignet. Zur flächendeckenden Bestimmung der tunnelbauinduzierten Verschiebungen wird neben terrestrischen Verfahren eine standardisierte Vorgehensweise der satellitengestützten Radarinterferometrie abgeleitet. Eine Genauigkeitsanalyse mit mehreren tausend Vergleichswerten belegt die Präzision im Millimeterbereich der im Bauwesen noch neuen Methode. Sowohl die Entwicklung von integrierten Interface-Elementen zur Simulation der Boden-Bauwerk-Interaktion, als auch eines nichtlinearen, elasto-plastischen Materialmodells für Mauerwerk sind Grundlage für die Modellbildung in der Steifigkeitsidentifikation. Ein Konzept zur Trennung von Biege- und Schubverformungseinflüssen ermöglicht die Identifikation entsprechender Steifigkeitsanteile. Die Ergebnisse dieser Arbeit münden in EI-Interaktionsdiagrammen, die eine einfache Identifikation der Bauwerkssteifigkeit in Wissenschaft und Praxis ermöglichen.