Forschungsbericht 2011



Progressiver Kollaps und Robustheit

Institut: B-4
Projektleitung: Uwe Starossek
Stellvertretende Projektleitung: Uwe Starossek
Mitarbeiter/innen: Marco Haberland
Laufzeit: 01.04.2007 — 31.03.2011
Finanzierung:Technische Universität Hamburg-Harburg (TUHH)
URL: http://www.tuhh.de/sdb/forschung/projekte_abgeschlossene.de.html#haberland

 Das Thema Progressiver Kollaps rückte infolge katastrophaler Bauwerkseinstürze (Murrah Building, Oklahoma City, USA, 1995; World Trade Center, New York, USA, 2001; u.a.) sowie einer sensibilisierte Gefährdungswahrnehmung in den Fokus aktueller Forschung zum Entwurf von Tragwerken. Ein progressiver Kollaps ist charakterisiert durch die Unverhältnismäßigkeit eines außergewöhnlichen Ereignisses zum resultierenden Versagen großer Teile oder des gesamten Tragwerks, welcher sich in Form einer Kettenreaktion ausgehend von einem initialen lokalen Schaden einstellt.

Die Anfälligkeit verschiedener Tragwerke zu progressivem Kollaps wird im Rahmen der klassischen Bemessung von Tragwerken nicht erfasst, bei denen nur das einzelne Tragelement betrachtet wird und gleichzeitig Ereignisse geringer Auftretenswahrscheinlichkeit außer Acht gelassen werden. Trotz scheinbar sicherer Bemessung versagten bei den oben geschilderten Fällen Tragelemente, woraufhin große Teile des Tragwerks einstürzten. Um eine ausreichende Sicherheit gegenüber progressivem Kollaps zu gewährleisten, ist eine explizit auf diesen ausgerichtete Untersuchung des Tragwerks erforderlich. Hieraus ergibt sich die Notwendigkeit zusätzlicher globaler Betrachtungen für den Fall einer lokalen Schädigung des Tragwerks.

Die Eigenschaft eines Tragwerks lokalen Schäden zu widerstehen, ohne dass sich ein progressiver Kollaps entwickelt, wird als strukturelle Robustheit bezeichnet. Erste Bemessungsnormen und Richtlinien fordern die Berücksichtigung des Versagenstyps progressiver Kollaps, und somit die Gewährleistung von Robustheit; diese Anforderungen sind jedoch bislang nur qualitativ gefasst. Zur Optimierung der Robustheit eines Tragwerks sowie dem Vergleich verschiedener Tragwerke hinsichtlich ihrer Robustheit erscheint eine quantitative Beschreibung der strukturellen Robustheit zweckdienlich und notwendig.  Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Entwicklung von Maßen zur quantitativen Beschreibung der strukturellen Robustheit.

 Das Thema Progressiver Kollaps rückte infolge katastrophaler Bauwerkseinstürze (Murrah Building, Oklahoma City, USA, 1995; World Trade Center, New York, USA, 2001; u.a.) sowie einer sensibilisierte Gefährdungswahrnehmung in den Fokus aktueller Forschung zum Entwurf von Tragwerken. Ein progressiver Kollaps ist charakterisiert durch die Unverhältnismäßigkeit eines außergewöhnlichen Ereignisses zum resultierenden Versagen großer Teile oder des gesamten Tragwerks, welcher sich in Form einer Kettenreaktion ausgehend von einem initialen lokalen Schaden einstellt.

Die Anfälligkeit verschiedener Tragwerke zu progressivem Kollaps wird im Rahmen der klassischen Bemessung von Tragwerken nicht erfasst, bei denen nur das einzelne Tragelement betrachtet wird und gleichzeitig Ereignisse geringer Auftretenswahrscheinlichkeit außer Acht gelassen werden. Trotz scheinbar sicherer Bemessung versagten bei den oben geschilderten Fällen Tragelemente, woraufhin große Teile des Tragwerks einstürzten. Um eine ausreichende Sicherheit gegenüber progressivem Kollaps zu gewährleisten, ist eine explizit auf diesen ausgerichtete Untersuchung des Tragwerks erforderlich. Hieraus ergibt sich die Notwendigkeit zusätzlicher globaler Betrachtungen für den Fall einer lokalen Schädigung des Tragwerks.

Die Eigenschaft eines Tragwerks lokalen Schäden zu widerstehen, ohne dass sich ein progressiver Kollaps entwickelt, wird als strukturelle Robustheit bezeichnet. Erste Bemessungsnormen und Richtlinien fordern die Berücksichtigung des Versagenstyps progressiver Kollaps, und somit die Gewährleistung von Robustheit; diese Anforderungen sind jedoch bislang nur qualitativ gefasst. Zur Optimierung der Robustheit eines Tragwerks sowie dem Vergleich verschiedener Tragwerke hinsichtlich ihrer Robustheit erscheint eine quantitative Beschreibung der strukturellen Robustheit zweckdienlich und notwendig.  Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Entwicklung von Maßen zur quantitativen Beschreibung der strukturellen Robustheit.

Publikationen

  • Starossek, U., Haberland, M.: Disproportionate Collapse: Terminology and Procedures Journal of Performance of Constructed Facilities, 24(6): S. 519-528, November/Dezember 2010.
  • Uwe Starossek: Interaktion und progressiver Kollaps (Interaction and progressive collapse). Report Report 9, Dresdner Baustatikseminar, Oktober 2005.
  • , Hrsg.: Designing against disproportionate collapse, April 2010.
  • , Hrsg.: Codifying robustness and collapse resistance, Mai 2010.
  • IABMAS, Hrsg.: Terminology for treating disproportionate collapse , Juli 2010.
  • Starossek, U., Haberland, M.: Approaches to measures of structural robustness Structure and Infrastructure Engineering, 7(7): S. pp.625-631, August 2010.
  • Starossek, U., Haberland, M.: Robustness of structures International Journal of Lifecycle Performance Engineering (IJLCPE), Special Issue "Performance and Robustness of Complex Structural Systems, 1(1): S. pp. 3-21, 2012.
  • IABMAS 2012, Hrsg.: Robustness assessment of suspension bridges, Juli 2012.
  • ASCE SEI 2009 Structures Congress, Austin, Texas, Hrsg.: Progressive collapse nomenclature, Jg. 2009, April-Mai 2009.