Probabilistic Assessment of Existing Masonry Structures

For the assessment of existing masonry structures, a safety concept is required that takes into account the differences compared to the design of new masonry structures, such as the possibility of material testing, high variability of material properties, and a potentially reduced target reliability level. Therefore, a method for determining characteristic values, structure-specific partial factors, and assessment values for the compressive strength of existing masonry is developed.
For this purpose, the influence of spatially variable material properties within a masonry wall is investigated first: Based on experiments on clay brick masonry, a finite element model is developed and then used in Monte Carlo simulations for quantifying the effect of spatial material variability on the probability distribution of the load-bearing capacity of masonry walls under compression. The statistical uncertainty resulting from small sample sizes in material testing is considered through Bayesian statistical procedures. Prior distributions for unit, mortar, and masonry compressive strength are modelled utilising a test database for existing solid clay brick masonry. Finally, the findings are implemented in a practice-oriented method for determining assessment values of masonry compressive strength, which is validated through reliability analyses. Für die Nachrechnung bestehenden Mauerwerks ist ein Sicherheitskonzept erforderlich, welches die Unterschiede zur Bemessung von Neubauten aus Mauerwerk, wie die Möglichkeit der Materialprüfung, hohe Streuungen der Materialeigenschaften und ein gegebenenfalls reduziertes Zielzuverlässigkeitsniveau, berücksichtigt. Es wird daher eine Methode zur Ermittlung charakteristischer Werte, bauwerksspezifischer Teilsicherheitsbeiwerte und Nachrechnungswerte für die Druckfestigkeit von Bestandsmauerwerk entwickelt.
Hierzu wird zunächst der Einfluss einer räumlichen Streuung der Materialeigenschaften innerhalb einer Mauerwerkswand untersucht: Aufbauend auf experimentellen Untersuchungen an Ziegelmauerwerk wird ein Finite-Elemente-Modell entwickelt, das für Monte-Carlo-Simulationen zur Quantifizierung der Auswirkung räumlicher Materialstreuungen auf die Wahrscheinlichkeitsverteilung der Tragfähigkeit von Mauerwerkswänden unter Druckbeanspruchung verwendet wird. Die aus kleinen Stichprobenumfängen bei der Materialprüfung resultierende statistische Unsicherheit wird mittels Verfahren der bayesschen Statistik berücksichtigt. A-priori-Verteilungen für die Stein-, Mörtel- und Mauerwerksdruckfestigkeit werden hierzu auf Grundlage einer Prüfdatenbank für bestehendes Vollziegelmauerwerk ermittelt. Die Erkenntnisse münden schließlich in eine praxisgerechte Methode zur Bestimmung von Nach-rechnungswerten der Mauerwerksdruckfestigkeit, welche durch Zuverlässigkeitsanalysen validiert wird.