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Projekt
Dauerüberwachung von Bauwerken mit modellbasierter Schadensdetektion unter Einsatz nichtlinearer Modellanpassungen und Methoden der Künstlichen Intelligenz
Antragstellerin
Professorin Dr.-Ing. Martina Schnellenbach-Held
Fachliche Zuordnung
Konstruktiver Ingenieurbau, Bauinformatik und Baubetrieb
Förderung
Förderung seit 2022
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 501496870
Zur Zustandsbeurteilung existierender Bauwerke sind regelmäßige visuelle Inspektionen und Beurteilungen durch Ingenieure üblich, die bei Schadensverdacht durch lokale Prüfverfahren ergänzt werden und in hohem Maße von dem Sachverstand und der Urteilskraft des Gutachters abhängig sind. Automatisierte Überwachungssysteme ermöglichen hingegen eine kontinuierliche objektive Zustandserfassung und damit eine zeitnahe Detektion und Bewertung von Schädigungen sowie eine fortlaufende Dokumentation des Alterungsprozesses. Auf dieser Basis kann eine zielgerichtete zustandsabhängige Instandhaltung anstatt einer konventionellen kostenintensiven Wartungsstrategie erfolgen. Umfassende Konzepte zur automatisierten Dauerüberwachung leisten eine Ermittlung von Einwirkungen und Systemzustand und ermöglichen damit eine Zustandsprognose. Insbesondere für hochbeanspruchte Massivbauwerke sind dabei erhebliche Herausforderungen zu verzeichnen, zu deren Begegnung der Einsatz von Methoden der Künstlichen Intelligenz in einer modellbasierten Dauerüberwachung vielversprechend ist.Ziel der Forschungsarbeit ist die Entwicklung eines geschlossenen Ansatzes zur automatisierten Schadensdiagnose für hochbeanspruchte Massivbauwerke im Freien. Im Rahmen einer kontinuierlichen Zustandsüberwachung umfasst der Ansatz eine System- und Lastidentifikation durch realitätsnahe Adaption numerischer Rechenmodelle auf statisch schädigungssensitive Messgrößen. Auf dieser Basis werden objektive Aussagen über den Bauwerkszustand durch eine zuverlässige Angabe von Ort und Ausmaß festgestellter Schädigungen gewonnen. Die Modelladaption wird in einem Optimierungsverfahren unter Verwendung nichtlinearer Berechnungen und der Betrachtung diskreter Tragwerkskennwerte durchgeführt. Identifizierte Systeme repräsentieren den Bauwerkszustand zum jeweiligen Messzeitpunkt. Die Schadensdiagnose wird durch den Vergleich identifizierter Systeme zu verschiedenen Messzeitpunkten vorgenommen: Änderungen in den Tragwerkskennwerten führen zur Feststellung von Schädigungen mit Angabe von Ort und Ausmaß. Evolutionäre Algorithmen werden zur Lösung der sehr komplexen Optimierungsaufgabe eingesetzt; Methoden der Clusteranalyse werden zur Bewertung der Zuverlässigkeit von Lösungen der Optimierungsaufgabe verwendet.Die erarbeiteten Methoden werden beispielhaft zur Beurteilung von Brückenbauwerken umgesetzt. Diese Bauwerke sehen sich als wichtige Infrastrukturobjekte einer ständig steigenden Verkehrslastbeanspruchung ausgesetzt, weisen ein hohes Investitionsvolumen auf und zeigen auf Grund ihrer Altersstruktur vielfach Schädigungen. Verifizierende modellbasierte Untersuchungen sollen die Leistungsfähigkeit des Ansatzes darlegen. Die Verknüpfung innovativer Techniken der Informatik mit modernen Methoden der Tragwerksanalyse sowie deren Übertragung auf realitätsnahe Problemstellungen des Ingenieurbaus ermöglicht neuartige Lösungsansätze für ein wirtschaftliches Bauwerksmonitoring und zielgerichtete Erhaltungsmaßnahmen.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
