Nichtlineare stochastische Schwingungsanalyse zur dynamischen Bemessung von Mehrfreiheitsgradsystemen unter seismischer Belastung

Zusammenfassung

Eine zutreffende quantitative Behandlung von Unsicherheiten ist eine grundlegende Voraussetzung, um zuverlässige numerische Prognosen zu Verhalten und Zuverlässigkeit technischer Systeme und Strukturen abzuleiten. In der stochastischen Strukturdynamik hat sich gezeigt, dass sich Naturgefahren, wie Erdbeben, adäquat durch stochastische Lasten beschreiben lassen. Aktuelle Normen für erdbebensicheres Bauen beinhalten stochastische Ansätze für die Bemessung von Bauwerken. Zudem zeigen Strukturen und mechanische Systeme Nichtlinearitäten, die mit wachsenden Schwingungsamplituden signifikanten Einfluss gewinnen. Insbesondere spielt dies bei der erdbebensicheren Bemessung eine wichtige Rolle. Diese Situation erfordert ein kohärentes Vorgehen zur Bemessung technischer Systeme und Strukturen, welches eine zutreffende Quantifizierung von Unsicherheiten mit nichtlinearer Mechanik kombiniert.

Dieser Forschungsbedarf wird im Projekt adressiert; entwickelt wird eine allgemeingültige Methode der stochastischen Dynamik zur effizienten Prognose von Systemverhalten und Zuverlässigkeit und zur verhaltensspezifischen Analyse und Bemessung von Strukturen und Systemen unter Einwirkungen kompatibel zu aktuellen Normen für erdbebensicheres Bauen.
Technisch konzentriert sich die Entwicklung auf die Lösung grundlegender Fragen zur Erfassung der inhärenten stochastischen Natur seismischer Gefahren und zur Analyse von Strukturen und Systemen unter entsprechenden Lasten bei Berücksichtigung nichtlinearen/hysteretischen Materialverhaltens.

Wissenschaftlich hat das Projekt ein breites Einflusspotenzial, da es Elemente des Bauingenieurwesens, der angewandten Mathematik sowie der Wahrscheinlichkeitsrechnung und Statistik miteinander verbindet. Es wird erwartet, dass die Erkenntnisse aus dem Projekt die Entwicklung dynamischer Analyse- und Bemessungsverfahren für Strukturen/Systeme/Bauteile stark beeinflussen sowie Inkonsistenzen auflösen und ein breites Spektrum von Anwendungen zur Entwicklung neuartiger Technologien eröffnen, wie z.B. auf den Gebieten der Energiedissipation (Schwingungsdämpfung), Energiegewinnung (Schwingungsabsorption), oder Mehrskalentechnologien.

Praktisch soll das Projekt die kritische Lücke zwischen leistungsfähiger stochastischer Dynamik und aktuellen Normen (z.B. EC 8) schließen. Dies soll konzeptionell in Anlehnung an eine verhaltensspezifische Analyse und Bemessung erfolgen und die Art und Weise der Analyse und Bemessung moderner technischer Strukturen und Bauteile unter Berücksichtigung von Unsicherheiten grundlegend beeinflussen. Die angestrebte Entwicklung soll den Modellierungsaufwand sowie Kosten technischer Systeme senken und Versagenswahrscheinlichkeiten sowie Risiken reduzieren.

Insgesamt soll das interdisziplinäre Projekt signifikante Beiträge zur Strukturdynamik, zu probabilistischen Methoden, zur verhaltensspezifischen Analyse und Bemessung, zur Normengestaltung, sowie zur Gewährleistung von Sicherheit und Zuverlässigkeit von Bauwerken liefern.