Beitrag zur sicherheitstheoretischen Behandlung von vorgespannten Konstruktionen des Stahlbaues

Abstract

Ausgehend von dem semiprobabilistischen Sicherheitskonzept, das über die Einführung der Eurocodes europaweit im Bauwesen zum Einsatz kommt, ergeben sich bei der Behandlung der Vorspannung Unterschiede in der Auffassung bzw. Unklarheiten bei den Teilsicherheitsformaten in Abhängigkeit vom Baustoff. Als spezielle Motivation dient dabei die gängige Behandlung der Vorspannung bei Schrägseilbrücken aus Stahl die im Gegensatz zu jenen aus Beton steht. Diese Arbeit hat nun das Ziel, ausgehend von einer probabilistischen Betrachtung eine Beurteilung des semiprobabilistischen Nachweisformates zu ermöglichen. Damit soll ein Beitrag zur besseren Begründung von Sicherheitselementen für vorgespannte Systeme geleistet werden. Zu diesem Zweck erfolgt am Beginn die Behandlung der benötigten probabilistischen und sicherheitskonzepttechnischen Grundlagen. Anschließend wird die Vorspannung hinsichtlich ihrer Definition, den Ausführungsmethoden und der derzeitigen Normenlage beleuchtet. Danach schafft die Darstellung der Idee zur grundsätzlichen Vorgangsweise einschließlich der programmtechnischen Umsetzung, die Basis für die Analyse zweier Beispiele. In diesem Sinne schließt die Analyse dieser einfachen jedoch für die Vorspannung typischen Systeme des Stahlbaues an. Die Ergebnisse der Beispiele dienen für den Vergleich - die Verifizierung - des Sicherheitsniveaus verschiedener Teilsicherheitsformate. Daraus soll für den praktisch tätigen Ingenieur, neben einer Beurteilung der derzeitigen Normensituation eine Verständnisvertiefung der Sicherheitsaufgabe von Baukonstruktionen, die in Ihrer Kausalität doch deutlich von der rein mechanisch - deterministischen Betrachtung abweichen kann, folgen. Dabei besteht ein Anliegen im Aufzeigen der nicht eindeutigen Verbindung zwischen den Ergebnissen der probabilistischen Analysemethoden und den semiprobabilistischen Sicherheitsnachweisen der Normen.

The semiprobabilistic safety concept, which was established by the introduction of the Eurocode, is used nowadays in most European countries. The safety factors provided by the Eurocode are a function of the employed construction material. As regards prestressing such as, e.g., in case of cable-stayed bridges made of concrete or steel, these safety factors are not well defined. Starting from probabilistic considerations, this thesis focuses on the assessment of the semiprobabilistic safety concept, finally providing an improved rationale for using safety elements when dealing with prestressed structures. For this purpose, the required probabilistic and safety-concept-related basis is outlined at the beginning of this thesis. Thereafter, topics related to prestressing such as its definition, construction methods, and its actual consideration in international standards are treated. Based on a more fundamental approach as well as its computational realization, two example problems taken from steel engineering are investigated. The obtained results provide insight into the safety levels obtained by means of different safety formats. In addition to the assessment of different safety formats, the determination of the safety of structures, which may exceed the pure mechanical-determistic mode of analysis, is elucidated. Hereby, the deviation of results obtained by means of probabilistic methods from respective results obtained on the basis of the semiprobabilistic safety concept according to the standards is highlighted.