TY - THES A1 - Küttenbaum, Stefan T1 - Zur Validierung von zerstörungsfreien Messverfahren für die probabilistische Beurteilung von Bestandsbauwerken mit gemessenen Daten T1 - Validation of non-destructive measurement procedures for reliability assessments of existing structures using measured data N2 - The aging of existing bridge structures coincides with the progressing degradation and increasing requirements on the bridge stock caused by increasing traffic densities as well as heavy traffic. The resulting demand for structural assessments of existing bridges is of substantial importance, both nationally and internationally. The information available about the considered system provides the basis for reassessments. Both the structural reliability and the validity of the computation results depend primarily on the condition, i.e. the quality and the relevance of this information. The purposeful measurement of quality-evaluated and relevant information can significantly increase the engineer’s power of judgement regarding the structural reliability. It is advisable to keep the destructive structural interventions necessary to obtain such information to a minimum. The purpose of the present thesis is the development and evaluation of a methodology for the probabilistic reassessment of existing structures using non-destructively measured data and for the validation of the suitability of non-destructive measurement procedures for the application in the context of reassessments. For this purpose, the applicability of the rules established within the Guide to the Expression of Uncertainty (GUM)-framework for evaluating the quality of the measured information to be used later in the reassessment is emphasized. The requirements on measured data-based basic variables are derived from the First Order Reliability Method (FORM), a probabilistic approximation procedure. Based on this, the metrology and the reassessment are brought together. The measurement-based basic variables are explicitly appreciated as random variables in reliability analyses. The developed methodology is evaluated by means of two prestressed concrete bridges and four basic variables. Geometrical measurement results gathered by radar and ultrasound measurements are incorporated into reassessments regarding the limit states ULS bending, ULS shear and SLS decompression. The modelling of the measurements is an essential part in order to calculate the measurement results, each consisting of a measured value and the attributed measurement uncertainty. It is shown that the incorporation of the non-destructively collected measurement results reduces the uncertainty to be covered and increases the level of approximation of the considered models. The measurement results are reliable and comparable. Extensive sensitivity analyses provide information about crucial structure parameters to be measured, since they significantly influence the structural reliability. This way, the relevance of the information is derived. Such analyses are suitable for the design and commissioning of investigations meeting the demands as well as for the purposeful refinement of initially insufficient computation models. Furthermore, the appreciation of measured data-based basic variables can increase the robustness of structural analyses. Measurement-based reliability reassessments are particularly useful if required information is missing or doubts have arisen about the available information. In the best case, the incorporation of non-destructively measured data results in the extension of estimated remaining service lives, in the enhancement of infrastructural availabilities and in the optimization of the consumption of resources. N2 - Die Alterung bestehender Brückenbauwerke fällt mit dem sich verschlechternden Zustand und zunehmenden Anforderungen an die Bausubstanz zusammen, die eine Folge von steigenden Verkehrszahlen und der Zulassung des Schwerlastverkehrs sind. Der daraus erwachsende Bedarf an Beurteilungen von bestehenden Brücken ist national und international fortwährend groß. Die Grundlage für Nachrechnungen sind die über das System verfügbaren Informationen. Sowohl die rechnerische Zuverlässigkeit eines Tragwerks als auch die Validität der Ergebnisse hängen im Wesentlichen vom Zustand, also von der Qualität und der Relevanz dieser Informationen ab. Die gezielte Messung von gütebewerteten, relevanten Informationen kann die Urteilsfähigkeit des Beurteilenden über die Zuverlässigkeit eines Tragwerks signifikant steigern. Wünschenswert ist die Erhebung derartiger Informationen ohne signifikante Eingriffe in die Bausubstanz. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung und Erprobung einer Vorgehensweise für die probabilistische Beurteilung von bestehenden Bauwerken mit zerstörungsfrei gemessenen Daten und einer Methodik zum objektiven Nachweis der Eignung von zerstörungsfreien Messverfahren zur Anwendung im Zuge einer Nachrechnung. Herausgestellt wird die Eignung der im Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement (GUM) publizierten Regeln zur Bewertung der Qualität der gemessenen Informationen, die später im statischen Nachweis verwendet werden sollen. Die Anforderungen an die Basisvariablen, d. h. an die Eingangsgrößen im probabilistischen Nachweis, werden aus den Vorschriften zur Zuverlässigkeitsanalyse mit dem probabilistischen Näherungsverfahren FORM, der First Order Reliability Method, abgeleitet. Darauf basiert die Entwicklung der Schnittstelle zwischen der Messtechnik und der Nachrechnung. Im Kern werden die messdatenbasierten Basisvariablen explizit als Zufallsgrößen bei der Zuverlässigkeitsanalyse berücksichtigt. Die entwickelte Vorgehensweise wird am Beispiel von zwei Spannbetonbrücken und vier Basisvariablen erprobt. In die Nachweise der Biege- und der Querkrafttragfähigkeit sowie in einen Nachweis der Dekompression fließen geometrische Messergebnisse ein, die mithilfe von Radar- und Ultraschallmessungen generiert werden. Ein wichtiger Bestandteil ist die Bildung von Modellen zur Auswertung der Messungen und zur Berechnung der Messergebnisse. Es wird gezeigt, dass die Einbeziehung der zerstörungsfrei generierten Messergebnisse die Unsicherheit in den Berechnungsmodellen reduzieren und den Grad der Annäherung der Modelle an die Realität steigern kann. Die Messergebnisse sind zuverlässig und vergleichbar. Umfassende Sensitivitätsanalysen geben Aufschluss über sinnvollerweise zu messende Bauwerksparameter, die einen maßgeblichen Einfluss auf die Tragwerkszuverlässigkeit ausüben. Auf diese Weise wird die Relevanz der Informationen ermittelt. Das Potential derartiger Analysen für die gezielte Planung und Beauftragung von Messungen sowie für die bedarfsgerechte Zuschärfung von initial unzureichenden Berechnungsmodellen erscheint groß. Die messdatenbasierten Modelle können darüber hinaus die Robustheit einer Tragwerksanalyse steigern. Die Berücksichtigung von Messergebnissen ist dann besonders nützlich, wenn zur Beurteilung erforderliche Informationen fehlen oder Zweifel an den verfügbaren Informationen aufgekommen sind. Im besten Fall resultiert daraus die Verlängerung von rechnerischen Restnutzungsdauern, die Steigerung der Verfügbarkeit der Infrastruktur, die Optimierung des Ressourcenverbrauchs und insgesamt eine realitätsnahe Bauwerksbewertung. KW - Zerstörungsfreie Prüfung im Bauwesen KW - Nachrechnung KW - Spannbetonbrücken KW - Zuverlässigkeitsanalyse KW - Messunsicherheit PY - 2021 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bvb:706-7686 SN - 1431-5122 VL - 21/2 SP - I EP - 314 PB - Universität der Bundeswehr München CY - Neubiberg AN - OPUS4-53851 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Küttenbaum, Stefan T1 - Zur Validierung von ZfP-Verfahren für die Nachrechnung von Brücken N2 - "Die effiziente Verwendung von Messergebnissen bei der Nachrechnung und von Ergebnissen aus zerstörungsfreien Prüfungen im Speziellen setzt voraus, dass die Relevanz der messbaren Informationen beziffert, die Qualität der gemessenen Information berechnet und die Anforderungen an die Genauigkeit der Inspektionen aus der statischen Berechnung abgeleitet werden können. Der Vergleich der Anforderungen an eine zu messende Information mit der Qualität der gemessenen Information wird in diesem Aufsatz als Validierung eines Messverfahrens aufgefasst. Es wird gezeigt, wie zerstörungsfreie Prüfverfahren für die Nachrechnung validiert werden können. Die Methodik wird anhand einer mit der Ultraschallecho- und Impulsradarmethode untersuchten Spannbetonbrücke demonstriert." KW - Bestandsbauwerke KW - Zuverlässigkeitsbewertung KW - Messunsicherheit PY - 2021 UR - https://www.dgzfp.de/Portals/24/Zeitung/Ausgaben/Zeitung176.pdf SN - 1616-069X IS - 176 SP - 41 EP - 48 PB - Deutsche Gesellschaft für Zerstörungsfreie Prüfung e.V. (DGZfP), Österreichische Gesellschaft für Zerstörungsfreie Prüfung (ÖGfZP), Schweizerische Gesellschaft für Zerstörungsfreie Prüfung (SGZP) AN - OPUS4-53470 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Küttenbaum, Stefan T1 - Validierung von ZfP-Verfahren für die Nachrechnung von Brücken N2 - Vortrag über die Bewertung der Zuverlässigkeit von bestehenden Brücken mit gezielt am Bauwerk erhobenen ZfP-Ergebnissen im Rahmen der Verleihung des DGZfP-Nachwuchspreises 2021 auf der Jahrestagung der DGZfP. T2 - DGZfP-Jahrestagung 2021 CY - Online meeting DA - 10.05.2021 KW - Zuverlässigkeit KW - Messunsicherheit KW - Reliability assessment KW - Existing structures PY - 2021 AN - OPUS4-52630 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Küttenbaum, Stefan T1 - Reliability reassessment of bridges with geometrical NDT results N2 - This presentation summarizes recent developments within the scope of the national pre-standardization project “ZfPStatik”, which aims to prepare a guideline about NDT-supported structural analyses. The focus is on the purposeful and explicit utilization of geometrical tendon and reinforcement bar positions measured on-site in reliability analysis — shown by means of a prestressed concrete bridge as case study. T2 - 13th German Japanese Bridge Symposium CY - Osaka, Japan DA - 28.08.2023 KW - Existing structures KW - Probabilistic methods KW - Data-supported assessment PY - 2023 AN - OPUS4-58268 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Küttenbaum, Stefan A1 - Kainz, C. A1 - Braml, T. T1 - Reliability assessment of existing concrete bridges with geometrical NDT results - Case studies N2 - The results of and the validity in reliability assessment of existing bridges essentially depend on the information available about the considered system. Information about the actual condition as well as structural and material characteristics can be observed on-site to refine the computation models used in assessment. Non-destructive testing (NDT) methods for concrete structures are capable of reconstructing missing, questioned, or inconsistent as-built plans. This contribution summarizes recent developments within the scope of the national pre-standardization project “ZfPStatik”, which aims to prepare a guideline about NDT-supported structural analyses. The focus is on the purposeful and explicit utilization of geometrical tendon and reinforcement bar positions (measured on-site using the ultrasound echo and ground penetrating radar (GPR) techniques) in probabilistic reliability analyses — shown by means of real case studies. The well-established first order reliability method is applied to different concrete bridges, which are typical for the German road bridge stock, to demonstrate the utility of incorporating quality-evaluated NDT-results in terms of changes in structural reliability. T2 - 13th German-Japanese Bridge Symposium CY - Osaka, Japan DA - 28.08.2023 KW - Non-destructive testing KW - Prestressed concrete KW - Data-informed reliability analysis PY - 2023 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-582727 SP - 29 EP - 40 PB - Osaka Metropolitan University CY - Osaka AN - OPUS4-58272 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Küttenbaum, Stefan T1 - Relevant, abgesichert, vergleichbar – ZfP-Ergebnisse bei der Zuverlässigkeitsbewertung von Bauwerken N2 - Die Nachrechnung, d. h. die Zuverlässigkeitsbewertung von bestehenden Brücken, ist aufgrund der alternden Infrastruktur und sich verändernden Anforderungen an die Bauwerke eine fortwährend große Herausforderung in Wissenschaft, Praxis und Standardisierung. Ein wesentlicher Vorteil bei der Nachrechnung besteht gegenüber dem Neubauentwurf in der Möglichkeit, Informationen über den tatsächlichen Zustand der Bauwerke zu erheben – im Idealfall ohne wesentliche destruktive Eingriffe in die Bausubstanz. Deren Verwendung bei der Zuverlässigkeitsanalyse dient der Zuschärfung von Berechnungsmodellen und ermöglicht realitätsnähere Bauwerksbeurteilungen. Die Einbeziehung von Messdaten bei der Zuverlässigkeitsbewertung setzt jedoch voraus, dass die Qualität der gemessenen Informationen bekannt und deren Vergleichbarkeit sichergestellt ist. Darüber hinaus sollte die Relevanz der messbaren Informationen beziffert werden, um wirtschaftliche Inspektionen am Bauwerk gezielt durchführen zu können. In diesem Beitrag wird am Beispiel von Ultraschall- und Radarmessungen an einer Spannbetonbrücke gezeigt, wie ZfP-Ergebnisse bei der Zuverlässigkeitsbewertung von Bestandsbauwerken mit probabilistischen Methoden genutzt werden können. Betrachtet werden innere geometrische Abmessungen wie die Lage der Bewehrung oder von Spanngliedern. Die Relevanz der messbaren Informationen wird anhand von Sensitivitätsanalysen beziffert. Messunsicherheitsbetrachtungen dienen der Bezifferung der Qualität der gemessenen Informationen und der Gewährleistung deren Vergleichbarkeit. Abschließend werden die möglichen Auswirkungen der Berücksichtigung von ZfP-Ergebnissen auf die Bauwerkszuverlässigkeit in einem Nachweis einer Spannbetonbrücke gemäß Eurocode demonstriert. T2 - Fachtagung Bauwerksdiagnose 2024 CY - Berlin, Germany DA - 29.02.2024 KW - ZfPStatik KW - Nachrechnung KW - Zuverlässigkeitsbewertung KW - Bestandsbauwerke KW - Betonbrücke PY - 2024 AN - OPUS4-59585 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CHAP A1 - Ballio, F. A1 - Chatzi, E. A1 - Cigada, A. A1 - Darò, P. A1 - Elfgren, L. A1 - Gentile, C. A1 - Górski, M. A1 - Küttenbaum, Stefan A1 - Limongelli, M. P. A1 - Mancini, G. A1 - Oliveira, S. A1 - Rasol, M. A1 - Schmidt, F. A1 - Shan, J. A1 - Sousa, H. A1 - Torrent, R. A1 - Ueda, T. A1 - Verstrynge, E. T1 - Chapter 6: Case studies N2 - This chapter contains a selection of case studies that show the implementation of the methods and tools that have been described in the previous chaprters of fib Bulletin 109 on actual large-scale structures. KW - Structural engineering KW - Structural Health Monitoring KW - Non-destructive testing KW - Static and dynamic reassessment KW - Existing structures PY - 2023 SN - 978-2-88394-172-4 DO - https://doi.org/10.35789/fib.BULL.0109.Ch06 SN - 1562-3610 VL - fib Bulletin 109 SP - 104 EP - 126 PB - Fédération internationale du béton (fib) CY - Lausanne AN - OPUS4-59341 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Küttenbaum, Stefan T1 - Guideline on NDT-supported reliability assessment of existing structures N2 - The presentation summarizes the idea and the methodology of the ZfPStatik project and gives insight into three case studies, showing how non-destructive testing results can be utilized beneficially in the recalculation of existing prestressed concrete and reinforced concrete bridges. T2 - 2nd Conference of the European Association on Quality Control of Bridges and Structures – EUROSTRUCT2023 CY - Vienna, Austria DA - 26.09.2023 KW - Reliability KW - Assessment KW - Existing structures KW - Non-destructive testing PY - 2023 AN - OPUS4-58485 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Küttenbaum, Stefan T1 - ZfPStatik - Verbesserte Beurteilung von Bestandsbauwerken N2 - Vorgestellt werden - die Projektziele - das Konsortium - die allgemeine Vorgehensweise - und aktuelle Fortschritte im WIPANO-Projekt "ZfPStatik" (Stand: Februar 2023). T2 - 3. vierteljährliche Versammlung des Projektkonsortiums CY - Neubiberg, Germany DA - 07.02.2023 KW - Zerstörungsfreie Prüfung KW - Nachrechnung KW - Zuverlässigkeitsbewertung KW - Bestandsbauwerke PY - 2023 AN - OPUS4-57239 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CHAP A1 - Küttenbaum, Stefan A1 - Kainz, C. A1 - Braml, T. ED - Matos, J.C. T1 - Non-destructively Measurable Quantities Relevant to Reliability Assessment of Existing Concrete Bridges – Case Studies N2 - In reliability assessment of existing bridges, collected information about the structure can be utilized to modify partial safety factors and to refine characteristic values individually. In this way, uncertainties covered in initial calculation models and arising from assumptions can be reduced as well as biases identified and corrected. This allows for more realistic assessments and more appropriate decisions on actions to be taken. However, the on-site observation of information is generally associated with certain costs. For this reason, an efficient data-supported reassessment requires that only the individually relevant testing tasks are solved. Additional sensitivity analyses can further be used to specify the requirements on certain inspections, such as the testing result quality to be achieved, in order to avoid too imprecise or too expensive measurements on-site. In this contribution, the methodology for the demand-actuated definition of measurement objectives is demonstrated using the example of non-destructive concrete testing methods and findings from reassessments of two prestressed concrete bridges. Each case study includes the semi-probabilistic identification of structural weak points in ultimate and serviceability limit states, a comparison with respective probabilistic sensitivity analyses, and the subsequent derivation of parameters that are a) measurable and b) highly relevant in the individual reliability analyses. KW - Reliability KW - Assessment KW - Existing structures KW - Non-destructive testing PY - 2024 SN - 978-3-031-60270-2 DO - https://doi.org/10.1007/978-3-031-60271-9_18 VL - 494 SP - 209 EP - 219 PB - Springer CY - Cham AN - OPUS4-60613 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CHAP A1 - Kainz, C. A1 - Braml, T. A1 - Keuser, M. A1 - Soukup, A. A1 - Küttenbaum, Stefan ED - Matos, J.C. T1 - Reassessment of Existing Concrete Bridges with Full Probabilistic Methods – Case Studies and Discussion of Relevant Input Parameters N2 - This article presents two case studies for a full-probabilistic assessment of existing concrete bridges combined with the use of the finite element method for the evaluation of the internal forces. Since the structures already exist, additional information about material parameters and loading conditions can be collected. With a sensitivity analysis, the contribution of each parameter to the total uncertainty is examined and the relevance of their actual value and variation is shown. The first case study is a single-span reinforced concrete frame bridge on the German highway A92 constructed in the year 1985. With a span of around 5 m, but a width of 27 m and a skewness of 70 gon, the bridge is modelled as a three-dimensional finite element model. The second case study is a two-span reinforced concrete frame bridge from 1986 with span lengths of about 7,50 m each. The superstructure is a 45 cm thick slab and the base plate has a thickness of 80 cm. The assessment is performed based on the semi-probabilistic safety concept according to the codes first and secondly with a full-probabilistic calculation. In this article the selection of parameters for the relevant input data are presented and discussed. The results of the sensitivity analysis are used for the setup of measurements to acquire important data for the modelling in the critical limit states. KW - Reliability KW - Assessment KW - Existing structures PY - 2024 SN - 978-3-031-60271-9 DO - https://doi.org/10.1007/978-3-031-60271-9_41 VL - 494 SP - 440 EP - 451 PB - Springer CY - Cham AN - OPUS4-60614 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Özlü, C. A1 - Küttenbaum, Stefan A1 - Kainz, C. A1 - Braml, T. A1 - Taffe, A. T1 - Probabilistischer Nachweis einer Spannbetonbrücke – Teil 1 N2 - AbstractDer Erhalt der bestehenden Verkehrsinfrastruktur ist eine große Herausforderung, da die Bauwerke fortwährend altern, die Verkehrsbeanspruchung zunehmend steigt und deren umfassender Ersatz mit Blick auf begrenzte Budgets und Ressourcen nicht möglich ist. An Bestandsbauten können tatsächliche Materialkennwerte, Geometrien oder Einwirkungen objektspezifisch erfasst werden. Die Nachrechnung von Bestandsbrücken erfolgt in Deutschland gemäß Nachrechnungsrichtlinie nach Stufen 1 und 2 mit dem semiprobabilistischen Teilsicherheitskonzept. Nur im Ausnahmefall wird eine messbasierte Bewertung oder eine wissenschaftliche Betrachtung gemäß Stufen 3 und 4 durchgeführt. Die Einbeziehung zusätzlicher Informationen aus der Zustandserfassung bietet jedoch viele Vorteile für eine realitätsnahe Bewertung. In probabilistischen Berechnungsmethoden können solche Kenntnisse direkt in der Berechnung berücksichtigt werden. Ziel dieses zweiteiligen Beitrags ist die Vorstellung der Potenziale und Vorteile bei der direkten Berücksichtigung der Ergebnisse von zerstörungsfreien Prüfverfahren bei der Zustandsbewertung von Brückenbauwerken. Das Konzept wird an einer Spannbetonbrücke vorgestellt. Der erste Teil befasst sich mit den Möglichkeiten zur Überführung der Eingangswerte der üblichen semiprobabilistischen Berechnung in stochastische Modelle. Ausgehend von der semiprobabilistischen Nachrechnung nach derzeitigem Regelwerk wird die probabilistische Modellierung aller relevanten Basisvariablen für die Grenzzustände der Tragfähigkeit Biegung, Querkraft und Torsion ausgeführt. KW - Zuverlässigkeitsanalyse KW - Nachrechnung KW - Bestandsbauwerk PY - 2024 DO - https://doi.org/10.1002/best.202400018 VL - 119 IS - 7 SP - 509 EP - 523 PB - Wiley AN - OPUS4-60615 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Özlü, C. A1 - Küttenbaum, Stefan A1 - Kainz, C. A1 - Braml, T. A1 - Taffe, A. T1 - Probabilistischer Nachweis einer Spannbetonbrücke – Teil 2 N2 - AbstractIm zweiten Teil dieses Beitrags werden die Grenzzustandsfunktionen für die Nachweise im Grenzzustand der Tragfähigkeit für Biegung mit Normalkraft, Querkraft mit Querkraftbewehrung und Torsion vorgestellt. Die Eingangsgrößen der mechanischen Widerstandsmodelle werden durch zahlreiche Abbildungen illustriert. Auf Grundlage der probabilistischen Modelle aus dem ersten Teil dieses Aufsatzes und der mechanischen Modelle aus diesem zweiten Teil werden die probabilistischen Nachweise geführt. Die Ergebnisse aus der Zuverlässigkeitsanalyse werden mit den semiprobabilistischen Berechnungsergebnissen verglichen. Mittels Parameterstudien wird gezeigt, welche Eingangsgrößen im Standsicherheitsnachweis die größten Einflüsse auf die Bauwerkszuverlässigkeit haben. Die Messung dieser Parameter ist entsprechend besonders nützlich. Auf dieser Basis wird abschließend gezeigt, welche Chancen sich aus der Durchführung von zerstörungsfreien Bauwerksprüfungen für die Nachrechnung ergeben. KW - Zuverlässigkeitsanalyse KW - Nachrechnung KW - Bestandsbauwerk PY - 2024 DO - https://doi.org/10.1002/best.202400020 SN - 1437-1006 VL - 119 SP - 1 EP - 14 PB - Ernst & Sohn CY - Berlin AN - OPUS4-60616 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -