Unverhältnismäßiger Kollaps und Robustheit von Tragwerken

Die Möglichkeit eines unverhältnismäßigen Kollapses hat in den letzten Jahren wachsende Beachtung in der Forschung und beim Entwurf von Tragwerken gefunden. Gründe hierfür sind unter anderem katastrophale Bauwerkseinstürze (Murrah Building, Oklahoma City, USA, 1995; World Trade Center, New York, USA, 2001; u. a.) sowie eine sensibilisierte Gefährdungswahrnehmung. Trotz der vielen bedeutenden theoretischen, methodischen und technologischen Fortschritte in den letzten Jahren sind der unverhältnismäßige Kollaps und die Robustheit noch immer Diskussionsthemen. Ein unverhältnismäßiger Kollaps ist charakterisiert durch ein ausgeprägtes Missverhältnis zwischen einem vergleichsweise geringfügigen Ereignis und dem dadurch bedingten Einsturz großer Teile oder der Gesamtheit eines Bauwerks. Ein unverhältnismäßiger Kollaps erfolgt oft, aber nicht immer, progressiv. Das bedeutet, dass das initiale Versagen eines Bauteils das Versagen nacheinander betroffener weiterer Bauteile des Tragwerks nach sich zieht, die vom ursprünglichen Ereignis nicht betroffen waren. Dies wird als progressiver Kollaps bezeichnet. Im Rahmen dieser Arbeit werden zuerst die geläufigsten im Zusammenhang mit unverhältnismäßigem Kollaps verwendeten Begriffe präzisiert und ein Paket von aufeinander abgestimmten Definitionen entwickelt (u. a. Robustheit, Verwundbarkeit, Gefahrenpotenzial). Weiterhin werden die grundlegenden Strategien zur Verhinderung unverhältnismäßigen Kollapses herausgestellt. Hierauf aufbauend wird ein allgemeines Schema für den Entwurf von Tragwerken gegen unverhältnismäßigen Kollaps entwickelt und die verfügbaren Entwurfsmethoden miteinander konzeptionell verglichen. Robustheit ist ein wünschenswertes Tragwerkscharakteristikum und wird in dieser Arbeit definiert als die Unempfindlichkeit gegenüber Initialschäden. Sie mindert die Anfälligkeit eines Tragwerks für unverhältnismäßige Schadensausbreitung und damit für unverhältnismäßigen Kollaps. Um ein Tragwerk bezüglich seiner Robustheit untersuchen und Entwurfsanforderungen quantifizieren zu können, ist eine quantitative Beschreibung durch ein Maß wünschenswert und erforderlich. Im Rahmen dieser Arbeit werden Grundlagen für die Entwicklung von Robustheitsmaßen behandelt.