Forschung

Motivation

Im Rahmen dieses Forschungsprojektes werden Bayes‘sche Verfahren verwendet, um Zuverlässigkeitsanalysen bei einzelnen Verpressankern (individuelles Modell) und Verpressankergruppen (hierarchisches Modell) zu ermöglichen und Unsicherheiten zu quantifizieren. Aufgrund derer sieht die Norm es vor, dass jeder Verpressanker hinsichtlich seiner Bemessungslast geprüft wird. Diese Messdaten werden allerdings abseits der Validierung selten weiter verwendet.

Methodik

Bayes Theorem ermöglicht es, die Verteilungsfunktion (posterior) von unbekannten Parametern auf Basis von Vorwissen (prior) und Daten zu berechnen. Die hier präsentierte Methode ist rein datenbasiert. Die posterior-Verteilung wird folglich für rheologische Baugrundparameter eines analytischen Modells nach Montero-Cubillo (2020) berechnet, das die Ankerkopfverschiebung über die Zeit abbilden kann. Mittels des analytischen Modells und der posterior-Verteilung kann die posterior-predictive Verteilungsfunktion berechnet werden (Abb. 1). Die Versagenswahrscheinlichkeit des Ankers wird hier anhand der Kriechmaßverteilung der posterior-predictive evaluiert, da sich der Anker ab einem Kriechmaß von 2 mm geotechnisch im Versagenszustand befindet.

Abb. 1: Posterior (oben) & Posterior Pre-dictive Verteilungsfunktionen mit Kriechwertverteilung (unten) für einen Anker, 100 % Belastung, Individuelles Modell

Im individuellen Modell wird die posterior-Verteilungen der Unbekannten direkt berechnet. Im hierarchischen Modell wird die gemeinsame Verteilungsfunktion der Unbekannten für eine Gruppe anhand der Hyperparameter (Mittelwert und Standardabweichung) berechnet. 

Ergebnisse

Das individuelle Modell ermöglicht die Schätzung der Versagenswahrscheinlichkeit eines einzelnen Ankers in Anbetracht der gesamten Mess- und Modelunsicherheit. Das hierarchische Modell betrachtet ganze Ankergruppen. Somit lässt sich hier die Versagenswahrscheinlichkeit einer Ankergruppe berechnen, wobei Unsicherheiten wie räumliche Variabilität zusätzlich mit berücksichtigt werden. Die posterior-predictive des hierarchischen Modells ist in Abb. 2 dargestellt. 

Abb. 2: Posterior-predictive Verteilungs-funktion mit Kriechwertverteilung für ei-nen Anker, 100 % Belastung, Hierar-chisches Modell

Auf Basis des hierarchischen Modells kann die Wahrscheinlichkeit einzelner Daten geschätzt werden, z. B. ob es sich um statistische Ausreißer handelt (vgl. Messung 1 zu Messung 2). Abgesehen von der Versagenswahrscheinlichkeit des Ankers kann auch der Mehrwert von zusätzlichen Daten abgeschätzt werden, da sich die posterior für viele Daten nicht mehr von der Datenverteilung unterscheidet.

Abb. 3: Extrapolation der posterior-predictive zur Abschätzung der Grenztragfähigkeitsverteilung eines einzelnen Ankers, Individuelles Modell

Ein weiteres Ziel soll es sein, die Inferenz auf die Schätzung der geotechnischen Grenztragfähigkeit auszuwieten. In Abb. 3 sind erste Ergebnisse einer solchen Extrapolation auf Basis einer non-physikalischen Exponentialfunktion zu sehen.  Jeder Verpressanker sollte der Literatur nach eine exponentielle Kriechmaßentwicklung mit zunehmender Last aufweisen. Folglich funktioniert diese Extrapolation nur, wenn auch wirklich ein exponentieller Trend zu beobachten ist.

Ausblick

Aktuell werden unterschiedliche Berechnungsalgorithmen, Kovarianzmodelle und Datenbasen untersucht. Die statistischen Modelle werden im Rahmen von Variantenstudien verglichen. Das Ergebnis wird bei großen hierarchischen Modellen unter anderem durch Monte-Carlo Fehler, kleine effektive Stichprobenmengen und Konvergenzprobleme negativ beeinflusst. Die berechneten Versagenswahrscheinlichkeiten sollen mit Ankerabnahmeprüfungen validiert werden. Das Konzept soll auf eine ganzheitliche Zuverlässigkeitsanalyse einer verankerten Stützkonstruktion ausgeweitet werden.

gefördert von:    

Zur experimentellen Untersuchung der Installation und des Tragverhaltens von vibrierend installierten Verdrängungspfahlgruppen wurden ein Versuchsstand konzipiert und Versuchsreihen durchgeführt. Die vibrierende Installation weist gegenüber der monotonen und der schlagenden Installation Vorteile im Hinblick auf eine geringere Ermüdung und kürzere Installationszeiten auf.

Es werden innovative Ansätze zur geothermischen Nutzung und resilienten, erneuerbaren Energieversorgung bestehender Straßentunnel durch die nachträgliche thermische Aktivierung vorhandener, betriebstechnisch notwendiger Infrastruktur entwickelt. An zwei Reallaboren werden dafür die nutzbaren Wärmepotentiale von Bergwasserdrainage, Löschwassersystemen und thermisch aktivierten Verkehrsflächen untersucht.

Ziel des Vorhabens ist die experimentell abgesicherte Fortschreibung der Filterregeln für Geokunststoffe nach M Geok E. Aufbauend auf den Erkenntnissen aus FE 05.0198/2017/AGB werden systematische Systemversuche mit gezielt hergestellten Vliesstoffen im oberen O₉₀-Bereich durchgeführt. Untersucht werden der Einfluss der Öffnungsweite, Filterdicke und Kalandrierung auf die hydraulische Langzeitstabilität und mechanische Filterwirksamkeit. Ziel ist die belastbare Ableitung angepasster Grenzwerte für O_90,min und O_90,max sowie regelwerkskonforme Entscheidungskriterien zur Sicherstellung der Dauerhaftigkeit im Straßenbau.

Die Bearbeitung  gliedert sich in fünf Abschnitte mit definierten Meilensteinen:

Meilenstein 1 – Literaturstudie und Projektstart
Systematische Analyse des Stands von Wissenschaft und Technik, Identifikation regelwerksrelevanter Defizite sowie Abstimmung im Kick-off mit BASt und projektbegleitender Arbeitsgruppe.
 
Meilenstein 2 – Herstellerabfrage und Musterspezifikation
Strukturierte Herstellerabfrage zu O₉₀, Filterdicke und Herstellverfahren; Auswahl geeigneter Prüfböden; Festlegung und Dokumentation der Versuchsmatrix.
 
Meilenstein 3 – Systemversuche Boden/Geokunststoff
Durchführung modifizierter Langzeit-Durchströmungs- und zyklischer Belastungsversuche mit Variation zentraler Parameter; Erfassung von Systemdurchlässigkeit, Gradientenentwicklung und Partikelrückhalt.
 

Abb. 1: Schematischer Versuchsaufbau

Meilenstein 4 – Auswertung und Ableitung
Statistische Auswertung; Ableitung belastbarer Grenzwerte für O_90,min und O_90,max sowie Bewertung eines möglichen Dickekriteriums; Erstellung des Berichtsentwurfs.
 
Meilenstein 5 – Schlussbericht
Einarbeitung der BASt-Hinweise; Finalisierung des Schlussberichts einschließlich tabellarischer Bemessungshilfe und Datenübergabe. 

Förderkennzeichen: FE 05.0216/2025/AGB

Laufzeit: 01.07.2026 bis 31.12.2027

gefördert von:  

Bearbeiter: N.N.