Risikobasierte Inspektionsstrategien für den optimalen Unterhalt von Tragwerken: Fid-Bau Portal

Risikobasierte Inspektionsstrategien für den optimalen Unterhalt von Tragwerken

Straub, Daniel / Faber, Michael H.

Weil die relevanten Mechanismen und Einflussparameter für die meisten Bauwerke und Schädigungsprozesse nur teilweise bekannt sind, ist die Modellierung und Vorhersage der Bauwerksalterung großen Unsicherheiten unterworfen. Inspektionen eines Bauwerks erleichtern die Beurteilung des Bauwerkzustands und der Schädigungsprozesse wie Ermüdung und Korrosion. Es wird gezeigt, welchen Einfluss Inspektionen haben und wie dieser quantifiziert werden kann. Anhand eines ermüdungsbeanspruchten Bauteils wird dargestellt, wie die mit Inspektionen verbundene Risikoreduktion und somit der Nutzen einer Inspektions- und Unterhaltsstrategie bestimmt werden können und es wird ein Überblick über einige aktuelle Anwendungen der risikobasierten Planung von Inspektionen (RBI) für Offshore-Anlagen unter Ermüdung präsentiert. Nach einer kurzen Einführung in die Modellierung von Schädigungen und deren Unsicherheiten wird der Einfluss von Inspektionen und Reparaturen dargestellt. Es wird die Bayessche Entscheidungstheorie eingeführt und zusammen mit den Schädigungs- und Inspektionsmodellen zur Planung von Inspektionen eingesetzt. Dabei werden kostenoptimale Lösungen ermittelt, welche Risiko-Akzeptanzkriterien erfüllen müssen, die einem minimalen Sicherheitsniveau entsprechen. Die vorgestellten Modelle und Methoden wurden in den letzten 15 Jahren zunehmend in der Praxis eingesetzt, insbesondere im Bereich von Offshore-Bauwerken, wo die Kosten für ein Versagen wie auch für die Inspektion und Reparatur von Bauteilen sehr hoch sind. In anderen Bereichen ist die Methodik wegen des großen Rechenaufwandes bisher nur vereinzelt im Einsatz, was aber mit dem in den letzten fünf Jahren entwickelten generischen Ansatz nicht mehr Hinderungsgrund sein muss. Dessen Leitgedanke ist es, die aufwändigen probabilistischen Berechnungen für generische Bauteile durchzuführen. Die Resultate werden in einer Datenbank gespeichert und können für spezifische Bauteile als Funktion der wichtigsten Einflussparameter abgerufen werden. Für die betrachtete Struktur müssen lediglich übliche Ermüdungsberechnungen durchgeführt werden. Die Methodik bezieht sich auf identifizierte Schädigungsprozesse. Doch auch deren Erkennen ist mit Unsicherheiten verbunden. Daher muss die vorliegende Methodik in eine gesamtheitliche Risikoanalyse eingebettet werden, welche eine Identifizierung aller relevanten Gefährdungsbilder sicherstellt. Die Kosten für eine Inspektion hängt von der Anzahl inspizierter Bauteile ab, zudem ist das Verhalten der Bauteile in der Regel stochastisch voneinander abhängig.

Inspections may reduce the uncertainties related to the integrity of structures. These uncertainties, which are particularly large for deterioration processes such as fatigue and corrosion, are discussed in the paper. It is demonstrated how the reduction of uncertainties through inspections can be modeled and quantified. Exemplified by a joint subject to fatigue it is shown how the associated risk reduction, and therefore the benefits of an inspection strategy, can be determined. Finally an overview on some recent applications of the methodology for offshore structures subject to fatigue is presented.