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Wissenschaftliche Abschlussarbeit - Detailansicht

Bereich Bau und Umwelt - Fakultät Bauingenieurwesen - Institut für Wasserbau und Technische Hydromechanik - Professur für Wasserbau

Bestimmung der Versagenswahrscheinlichkeit von Flussdeichen mittels First-Order-Reliability Methode
Art der Abschlussarbeit
Diplomarbeit
Autoren
  • Buhl, Marie
Betreuer
  • Dipl.-Ing. Niklas Schwiersch (geb. Drews)
  • Prof. Dr.-Ing. Jürgen Stamm
Abstract
Die Streuung bemessungsrelevanter Parameter sowohl in Einwirkungen als auch Widerständen bei Deichbau und Analyse bestehender Hochwasserschutzsysteme ist allgemein bekannt. Daraus ergibt sich Fragestellung, wie die Sicherheit von Deichen quantifizierbar ist, was der Mehrwert dieser Quantifizierung ist und wie sie sich am besten umsetzen lassen kann. Speziell für Flussdeiche mit langem Einstau und hohem Schadenspotential ist eine genaue Betrachtung sinnvoll. Vor diesem Hintergrund ist das Ziel dieser Arbeit der Erkenntnisgewinn zur Anwendbarkeit der probabilistischen First-Order-Reliability Methode, speziell dem Hasofer-Lind-Verfahren am Beispiel zweier Deichquerschnitte. Es werden ein homogener Deich und modifizierter homogener Deich mit Drainage betrachtet und die Grenzzustandsgleichung zum Versagensmechanismus Böschungsbruch aufgestellt. Dem voran geht eine ausführliche Zusammenfassung der Literatur zu Zuverlässigkeitsanalyse, der First-Order-Reliability Methode und Versagensmechanismen von Flussdeichen. Für die anschließende Rechnung werden begründete Annahmen aufgestellt und das Programm MATLAB zur Erstellung eines Programmcodes ausgewählt. Es werden eine Monte-Carlo-Simulation zur Ermittlung der stabilisierenden und destabilisierenden Kräfte, eine FORM Berechnung zur Ermittlung der Versagenswahrscheinlichkeit und eine deterministische Rechnung ohne Teilsicherheitsbeiwerte durchgeführt. Diese Rechnungen greifen auf die zwei Modelldeiche und gleiche Formeln für den Versagensmechanismus Böschungsbruch zurück, sodass eine Vergleichbarkeit gegeben ist. Bei Auswertung der Ergebnisse wird festgestellt, dass die probabilistische Bemessung durch die Quantifizierung einen großen Mehrwert besitzt, sowie die First-Order-Reliability Methode den Rechenaufwand verringert, jedoch in der Anwendung bei komplexen Grenzzuständen durchaus Nachteile hat. Die Betrachtung der Annahmen zeigt außerdem, dass bessere Analysen und Methoden zur Berechnung der Sickerlinie und zum Aufstellen der Grenzzustandsgleichungen notwendig sind, da die Durchsickern einen großen Einfluss auf das Versagen hat. Schlussendlich wird eine Diskussion der praxistauglichen Umsetzbarkeit der FORM bezogen auf ihre mögliche Nutzung, welche Dimensionierung von Flussdeichen und Analyse vorhandener Bauwerke umfasst, durchgeführt. Empfehlungen für die weitere Vorgehensweise werden aufgezeigt.
Zugeordnete Forschungsschwerpunkte
  • Probabilistische Bemessung von Flussdeichen zur Verbesserung des Hochwasserrisikomanagements
Schlagwörter
Zuverlässigkeitsanalyse, Deichversagen, Versagenswahrscheinlichkeit, FORM, First-Order-Reliability Methode
Berichtsjahr
2020
Stand: 14.02.2020