Modellierungs- und Bemessungskonzepte für die digitale Straße

Motivation und Problemstellung

Smart City-Konzepte beinhalten technische, ökologische, wirtschaftliche und gesellschaftliche Innovationen, die darauf abzielen, Städte nach­haltiger, umweltfreundlicher und sozial inklusiver zu gestalten, indem heterogene Informationen aus der realen Welt erfasst, miteinander verknüpft und über Netzwerke digital verfügbar gemacht werden. Im Bauingenieurwesen betrifft dies in besonderem Maße die Digitalisierung von Infra­strukturbauwerken, in Form der so genannten "digitalen Straße". Die digitale Straße nutzt Cloud- und IoT-basierte Anwendungen sowie intelligente Sensornetze mit Bauwerks-, Umwelt-, Fahr­zeug- und Verkehrsdaten, um umfassende infrastrukturrelevante Informationen zu generieren, zu analysieren und zu verwalten. Diese Informationen können gegenwärtig jedoch noch nicht methodisch genutzt werden, da aktuelle Modellierungs- und Bemessungskonzepte nicht für die Erfordernisse der digitalen Straße ausge­legt sind. Die systematische Einbeziehung von Sensordaten, die das Bauwerk, die Umwelt, den Verkehr und die Fahrzeuge einschließen, ist nicht möglich und damit verbundenes Wissen kann nicht oder nur unzureichend für Zustandsbewertungen von Infrastrukturbauwerken genutzt wer­den. 

Zielstellung des Vorhabens

Das Forschungsvorhaben zielt darauf ab, eine Grundlage zu schaffen, um die durch die digitale Straße generierten Informationen vollumfänglich nutzen zu können. Es soll eine Methodik entwickelt werden, um die durch Verkehrsbelastungen hervorgerufenen Beanspruchungen in Form von zeitabhängigen Wahr­scheinlichkeitsverteilungen sensorgestützt zu erfassen und in Prognosen der Materialermüdung auf Grundlage probabilistischer Konzepte einzubeziehen. Das Forschungsvorhaben baut als Fortsetzungsprojekt auf dem DFG-Projekt "Semi-pro­babilistische, sensorbasierte Bemessungs- und Entwurfskonzepte für intelligente Bauwerke" auf, in dem die Implikationen der zusätzlichen, sensorbasierten Bauwerksinformationen intelligenter Bauwerke (i) auf Bemessungskonzepte im Bauwesen und (ii) auf Entwurfskonzepte für Monito­ringsysteme für intelligente Bauwerke untersucht wurden. Die dabei entwickelten Methoden sol­len nun auf die digitale Straße übertragen werden. Hierzu wird die digitale Straße mathematisch beschrieben und das von den Antrag­stellern in der Forschergruppe "Die digitale Straße" entwickelte Sensorkon­zept zur Verkehrslastdetektion auf Brückenbauwerken mit dem sensorgestützten Bayes‘schen Model-Updating-Ansatz des Vorgängerprojekts verknüpft, wodurch Unschärfen bei der Lastidentifikation reduziert werden. Durch die realitätsnahe Abbildung des Tragverhal­tens im Strukturmodell lassen sich lokale Effekte, die im Zusammenhang mit der Ermüdung von Konstruktionsdetails von besonderer Bedeutung sind, zutreffender als durch bisherige Ansätze identifizieren und bemessungstechnisch beschreiben. Die allgemein­gültig ausgelegte Metho­dik wird abschließend – mit Fokus auf Straßenbrücken – ingenieurmäßig bereitgestellt und als „digitaler Straßenzwilling“ simuliert und validiert.