Semesterarbeiten

WS 2006/07

• Risikoanalyse für Kunstbauten unter der Einwirkung von Naturgefahren
• Erstellen und Implementieren von Schadenskurven in Bayes'sche Netze für Erdbebenrisikomanagement
• Sustainable decision making for design and maintenance of infrastructure

Risikoanalyse für Kunstbauten unter der Einwirkung von Naturgefahren

Fachbereich: "Risiko und Sicherheit"
Leiter der Semesterarbeit:Matthias Schubert, (schubert@ibk.baug.ethz.ch, HIL E 31.3), Prof. Dr. Michael H. Faber
Zugezogener Fachbereich: nach Bedarf
Beschrieb der Semesterarbeit:
Für aussergewöhnliche Einwirkungen sind die gängigen Normen oft nicht ausreichend. Dies liegt in den sehr kleinen Eintretens-Wahrschein-lichkeiten begründet, welche kombiniert mit grossen potentiellen Kräften zu schwer abschätzbaren Risiken führen. Die Risikoanalyse erlaubt es, die Unsicherheiten der Einwirkungen und die Konsequenzen eines Versagens zu quantifizieren. Sie ermöglicht es dadurch, rationelle und optimale Entscheidungen über den benötigten Schutz vor diesen Gefahren zu treffen.
Die Arbeit behandelt ein konkretes Bauwerk.
Im ersten Teil wird eine quantitative Analyse der Naturgefahr durchgeführt. Es wird sich dabei um eine gravitative Einwirkung handeln (Steinschlag, Murgang, Lawine. Diese ist noch zu bestimmen, Interessen können berücksichtigt werden). Die Detailliertheit dieser Aufgabe wird sich an der verfügbaren Zeit orientieren.
Im zweiten Teil wird die Versagenswahrscheinlichkeit des Bauwerkes ermittelt. Dies beinhaltet zur Hauptsache die konstruktive Berechnung des betrachteten Bauwerkes. Diese wird unter Mithilfe eines Assistenten mit einem probabilistischen Modell erweitert, so dass die Zuverlässigkeit berechnet werden kann.
Teil 1 und 2 werden zur Risikoanalyse kombiniert, aufgrund derer über Massnahmen entschieden werden kann.
Empfohlene Lehrveranstaltungen: Risiko und Sicherheit im Bauwesen
Besonderes: Die Arbeit kann auch im Team durchgeführt werden.
Die Arbeit wird im Rahmen eines Forschungsprojektes durchgeführt. Die Resultate fliessen in diese Arbeit ein.

Erstellen und Implementieren von Schadenskurven in Bayes'sche Netze für Erdbebenrisikomanagement

Fachbereich: Risiko und Sicherheit
Leiter der Semesterarbeit:Yahya Y. Bayraktarli (bayraktarli@ibk.baug.ethz.ch), Prof. Dr. Michael H. Faber
Beschrieb der Semesterarbeit:
Schadenskurven geben die Wahrscheinlichkeit des Überschreitens eines definierten Schadensgrads bei einer gegebenen seismischen Intensität an. Die Semesterarbeit hat zum Ziel, Schadenskurven (fragility curves) für eine Gruppe von Bauwerken anhand einer Parameterstudie zu erstellen und diese in ein Bayes'sches Netz zu implementieren.
Zunächst werden eine Bauwerksklasse und die zu variierenden Parameter identifiziert. Die Statik und Bemessung der Bauwerke sollen in Abhängigkeit dieser Parameter in der Programmumgebung Matlab durchgeführt werden. Mit einem zur Verfügung gestellten FE-Programm werden Zeitverlaufsberechnungen für eine Serie von Erdbeben an diesen Bauwerken durchgeführt. Die hieraus gewonnenen Ergebnisse werden für die Erstellung der Schadenskurven verwendet. Schliesslich werden diese Schadenskurven in ein Bayes'sches Netz implementiert.
Empfohlene Lehrveranstaltungen: 101-155-00L: Sicherheit im Bauwesen, 101-157-00L: Erdbebensicherung von Bauwerken
Besonderes: Gruppenarbeit ist möglich. Die Literatur ist hauptsächlich in Englisch.

Sustainable decision making for design and maintenance of infrastructure

Fachbereich: "Risiko und Sicherheit"
Leiter der Semesterarbeit: Kazuyoshi Nishijima (nishijima@ibk.baug.ethz.ch), Prof. Dr. Michael H. Faber
Zugezogener Fachbereich: nach Bedarf
Beschrieb der Semesterarbeit:
It can be said that the general philosophical reasoning behind the aim to achieve sustainability in society is relatively well perceived, but the implications for rational societal decision making are still not well understood. Presently "sustainable" decision making is highly governed by personal preferences and general public opinions, which might not be sufficiently efficient.
The objective of the present project is to investigate these issues at some depth aiming to provide clarity in regard to what sustainable decision making actually means when considering the planning, designing and maintenance of civil engineering facilities. The project is thus concerned about the philosophical and theoretical basis for deriving sustainable decisions; how sustainability is consistently assessed in civil engineering applications and how are sustainable decisions derived. Furthermore, the project aims to assess the implications of sustainable decision making in civil engineering and to illustrate this by examples.
This project basically consists of two parts:
1. Review and selection of social and environmental indicators
2. Evaluation of optimality of life cycle operation of civil engineering facility
The first part includes broad survey of statistics (e.g. Gross Domestic Product, life expectancy) and in the second part the optimality is evaluated for some existing infrastructures based on the selected/developed indicators on sustainability, providing the optimal operations of infrastructure for the administrators.
Empfohlene Lehrveranstaltungen: 101-155-00L: Sicherheit im Bauwesen
Besonderes: Communication is basically held in English.This work will be a part of an ongoing project.

SS 2006

• Risikoanalyse für Kunstbauten unter der Einwirkung von Naturgefahren
• Erstellen und Implementieren von Schadenskurven in Bayes'sche Netze für Erdbebenrisikomanagement
• Sustainable decision making for design and maintenance of infrastructure

Risikoanalyse für Kunstbauten unter der Einwirkung von Naturgefahren

Fachbereich: "Risiko und Sicherheit"
Leiter der Semesterarbeit:Matthias Schubert, (schubert@ibk.baug.ethz.ch, HIL E 31.3), Prof. Dr. Michael H. Faber
Zugezogener Fachbereich: nach Bedarf
Beschrieb der Semesterarbeit:
Für aussergewöhnliche Einwirkungen sind die gängigen Normen oft nicht ausreichend. Dies liegt in den sehr kleinen Eintretens-Wahrschein-lichkeiten begründet, welche kombiniert mit grossen potentiellen Kräften zu schwer abschätzbaren Risiken führen. Die Risikoanalyse erlaubt es, die Unsicherheiten der Einwirkungen und die Konsequenzen eines Versagens zu quantifizieren. Sie ermöglicht es dadurch, rationelle und optimale Entscheidungen über den benötigten Schutz vor diesen Gefahren zu treffen.
Die Arbeit behandelt ein konkretes Bauwerk.
Im ersten Teil wird eine quantitative Analyse der Naturgefahr durchgeführt. Es wird sich dabei um eine gravitative Einwirkung handeln (Steinschlag, Murgang, Lawine. Diese ist noch zu bestimmen, Interessen können berücksichtigt werden). Die Detailliertheit dieser Aufgabe wird sich an der verfügbaren Zeit orientieren.
Im zweiten Teil wird die Versagenswahrscheinlichkeit des Bauwerkes ermittelt. Dies beinhaltet zur Hauptsache die konstruktive Berechnung des betrachteten Bauwerkes. Diese wird unter Mithilfe eines Assistenten mit einem probabilistischen Modell erweitert, so dass die Zuverlässigkeit berechnet werden kann.
Teil 1 und 2 werden zur Risikoanalyse kombiniert, aufgrund derer über Massnahmen entschieden werden kann.
Empfohlene Lehrveranstaltungen: Risiko und Sicherheit im Bauwesen
Besonderes: Die Arbeit kann auch im Team durchgeführt werden.
Die Arbeit wird im Rahmen eines Forschungsprojektes durchgeführt. Die Resultate fliessen in diese Arbeit ein.

Erstellen und Implementieren von Schadenskurven in Bayes'sche Netze für Erdbebenrisikomanagement

Fachbereich: Risiko und Sicherheit
Leiter der Semesterarbeit:Yahya Y. Bayraktarli (bayraktarli@ibk.baug.ethz.ch), Prof. Dr. Michael H. Faber
Beschrieb der Semesterarbeit:
Schadenskurven geben die Wahrscheinlichkeit des Überschreitens eines definierten Schadensgrads bei einer gegebenen seismischen Intensität an. Die Semesterarbeit hat zum Ziel, Schadenskurven (fragility curves) für eine Gruppe von Bauwerken anhand einer Parameterstudie zu erstellen und diese in ein Bayes'sches Netz zu implementieren.
Zunächst werden eine Bauwerksklasse und die zu variierenden Parameter identifiziert. Die Statik und Bemessung der Bauwerke sollen in Abhängigkeit dieser Parameter in der Programmumgebung Matlab durchgeführt werden. Mit einem zur Verfügung gestellten FE-Programm werden Zeitverlaufsberechnungen für eine Serie von Erdbeben an diesen Bauwerken durchgeführt. Die hieraus gewonnenen Ergebnisse werden für die Erstellung der Schadenskurven verwendet. Schliesslich werden diese Schadenskurven in ein Bayes'sches Netz implementiert.
Empfohlene Lehrveranstaltungen: 101-155-00L: Sicherheit im Bauwesen, 101-157-00L: Erdbebensicherung von Bauwerken
Besonderes: Gruppenarbeit ist möglich. Die Literatur ist hauptsächlich in Englisch.

Sustainable decision making for design and maintenance of infrastructure

Fachbereich: "Risiko und Sicherheit"
Leiter der Semesterarbeit: Kazuyoshi Nishijima (nishijima@ibk.baug.ethz.ch), Prof. Dr. Michael H. Faber
Zugezogener Fachbereich: nach Bedarf
Beschrieb der Semesterarbeit:
It can be said that the general philosophical reasoning behind the aim to achieve sustainability in society is relatively well perceived, but the implications for rational societal decision making are still not well understood. Presently "sustainable" decision making is highly governed by personal preferences and general public opinions, which might not be sufficiently efficient.
The objective of the present project is to investigate these issues at some depth aiming to provide clarity in regard to what sustainable decision making actually means when considering the planning, designing and maintenance of civil engineering facilities. The project is thus concerned about the philosophical and theoretical basis for deriving sustainable decisions; how sustainability is consistently assessed in civil engineering applications and how are sustainable decisions derived. Furthermore, the project aims to assess the implications of sustainable decision making in civil engineering and to illustrate this by examples.
This project basically consists of two parts:
1. Review and selection of social and environmental indicators
2. Evaluation of optimality of life cycle operation of civil engineering facility
The first part includes broad survey of statistics (e.g. Gross Domestic Product, life expectancy) and in the second part the optimality is evaluated for some existing infrastructures based on the selected/developed indicators on sustainability, providing the optimal operations of infrastructure for the administrators.
Empfohlene Lehrveranstaltungen: 101-155-00L: Sicherheit im Bauwesen
Besonderes: Communication is basically held in English.This work will be a part of an ongoing project.

WS 2005/2006

• Risikoanalyse für Kunstbauten unter der Einwirkung von Naturgefahren
• Prediction of the service life of concrete structures taking into account the spatial variability of the concrete characteristics
• Erstellen und Implementieren von Schadenskurven in Bayes'sche Netze für Erdbebenrisikomanagement
• Sustainable decision making for design and maintenance of infrastructure

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Risikoanalyse für Kunstbauten unter der Einwirkung von Naturgefahren

Fachbereich: "Risiko und Sicherheit"
Leiter der Semesterarbeit:Matthias Schubert, (schubert@ibk.baug.ethz.ch, HIL E 31.3), Dr. Daniel Straub, Prof. Dr. Michael H. Faber
Zugezogener Fachbereich: nach Bedarf
Beschrieb der Semesterarbeit:
Für aussergewöhnliche Einwirkungen sind die gängigen Normen oft nicht ausreichend. Dies liegt in den sehr kleinen Eintretens-Wahrschein-lichkeiten begründet, welche kombiniert mit grossen potentiellen Kräften zu schwer abschätzbaren Risiken führen. Die Risikoanalyse erlaubt es, die Unsicherheiten der Einwirkungen und die Konsequenzen eines Versagens zu quantifizieren. Sie ermöglicht es dadurch, rationelle und optimale Entscheidungen über den benötigten Schutz vor diesen Gefahren zu treffen.
Die Arbeit behandelt ein konkretes Bauwerk.
Im ersten Teil wird eine quantitative Analyse der Naturgefahr durchgeführt. Es wird sich dabei um eine gravitative Einwirkung handeln (Steinschlag, Murgang, Lawine. Diese ist noch zu bestimmen, Interessen können berücksichtigt werden). Die Detailliertheit dieser Aufgabe wird sich an der verfügbaren Zeit orientieren.
Im zweiten Teil wird die Versagenswahrscheinlichkeit des Bauwerkes ermittelt. Dies beinhaltet zur Hauptsache die konstruktive Berechnung des betrachteten Bauwerkes. Diese wird unter Mithilfe eines Assistenten mit einem probabilistischen Modell erweitert, so dass die Zuverlässigkeit berechnet werden kann.
Teil 1 und 2 werden zur Risikoanalyse kombiniert, aufgrund derer über Massnahmen entschieden werden kann.
Empfohlene Lehrveranstaltungen: Risiko und Sicherheit im Bauwesen
Besonderes: Die Arbeit kann auch im Team durchgeführt werden.
Die Arbeit wird im Rahmen eines Forschungsprojektes durchgeführt. Die Resultate fliessen in diese Arbeit ein.

Prediction of the service life of concrete structures taking into account the spatial variability of the concrete characteristics

Fachbereich: Risiko und Sicherheit
Leiter der Semesterarbeit: Vasiliki Malioka (malioka@ibk.baug.ethz.ch, HIL E12.2), Prof. Dr. Michael H. Faber
Zugezogener Fachbereich: nach Bedarf
Beschrieb der Semesterarbeit:
The variability of batches and workmanship result in a spatial variability of concrete characteristics e.g permeability, porosity, in a structure. That means that corrosion initiation and propagation are spatially variable and therefore the structural and serviceability performance are influenced accordingly. Tests need to be carried out on structures to establish this material variability and use the information gained to update the knoweldge of the behaviour of concrete.The aim of this project is to develop a methodical basis for the planning of inspections taking into account the spatial variability of the concrete material characteristics. This will furthermore enable to predict the effect of the quality of concrete in a structure on its future performance in regard to deterioration. To this end a model should be developed to describe the spatial variability of concrete characteristics and establish a suitable structural mesh arrangement for related tests. The approach is then to be adopted for structures subjected to different criteria, that need to be identifed e.g. exposure conditions, age etc. Within the same framework maintenance planning in a cost optimum manner should be established.
Empfohlene Lehrveranstaltungen: 20-155 Risiko und Sicherheit im Bauwesen
Besonderes: The project can be also made in groups. The project is part of a research work on spatial variability and the results will be part of this work. Much literature is in English but there is some also available in German. However a good knoweledge of English is desirable. Use of Visual Basic and /or Fortran will be required. The student(s) will gain familiarity with the concepts of inspection and maintenance planning of concrete structures and the effect of spatial variability.

Erstellen und Implementieren von Schadenskurven in Bayes'sche Netze für Erdbebenrisikomanagement

Fachbereich: Risiko und Sicherheit
Leiter der Semesterarbeit:Yahya Y. Bayraktarli (bayraktarli@ibk.baug.ethz.ch), Prof. Dr. Michael H. Faber
Beschrieb der Semesterarbeit:
Schadenskurven geben die Wahrscheinlichkeit des Überschreitens eines definierten Schadensgrads bei einer gegebenen seismischen Intensität an. Die Semesterarbeit hat zum Ziel, Schadenskurven (fragility curves) für eine Gruppe von Bauwerken anhand einer Parameterstudie zu erstellen und diese in ein Bayes'sches Netz zu implementieren.
Zunächst werden eine Bauwerksklasse und die zu variierenden Parameter identifiziert. Die Statik und Bemessung der Bauwerke sollen in Abhängigkeit dieser Parameter in der Programmumgebung Matlab durchgeführt werden. Mit einem zur Verfügung gestellten FE-Programm werden Zeitverlaufsberechnungen für eine Serie von Erdbeben an diesen Bauwerken durchgeführt. Die hieraus gewonnenen Ergebnisse werden für die Erstellung der Schadenskurven verwendet. Schliesslich werden diese Schadenskurven in ein Bayes'sches Netz implementiert.
Empfohlene Lehrveranstaltungen: 101-155-00L: Sicherheit im Bauwesen, 101-157-00L: Erdbebensicherung von Bauwerken
Besonderes: Gruppenarbeit ist möglich. Die Literatur ist hauptsächlich in Englisch.

Sustainable decision making for design and maintenance of infrastructure

Fachbereich: "Risiko und Sicherheit"
Leiter der Semesterarbeit: Kazuyoshi Nishijima (nishijima@ibk.baug.ethz.ch), Prof. Dr. Michael H. Faber
Zugezogener Fachbereich: nach Bedarf
Beschrieb der Semesterarbeit:
It can be said that the general philosophical reasoning behind the aim to achieve sustainability in society is relatively well perceived, but the implications for rational societal decision making are still not well understood. Presently "sustainable" decision making is highly governed by personal preferences and general public opinions, which might not be sufficiently efficient.
The objective of the present project is to investigate these issues at some depth aiming to provide clarity in regard to what sustainable decision making actually means when considering the planning, designing and maintenance of civil engineering facilities. The project is thus concerned about the philosophical and theoretical basis for deriving sustainable decisions; how sustainability is consistently assessed in civil engineering applications and how are sustainable decisions derived. Furthermore, the project aims to assess the implications of sustainable decision making in civil engineering and to illustrate this by examples.
This project basically consists of two parts:
1. Review and selection of social and environmental indicators
2. Evaluation of optimality of life cycle operation of civil engineering facility
The first part includes broad survey of statistics (e.g. Gross Domestic Product, life expectancy) and in the second part the optimality is evaluated for some existing infrastructures based on the selected/developed indicators on sustainability, providing the optimal operations of infrastructure for the administrators.
Empfohlene Lehrveranstaltungen: 101-155-00L: Sicherheit im Bauwesen
Besonderes: Communication is basically held in English.This work will be a part of an ongoing project.

SS 2005

• Risikoanalyse für Kunstbauten unter der Einwirkung von Naturgefahren
• Modeling of the Spatial Variability of the Main Deterioration Processes in Concrete Structures
• Strukturelle Sicherheitsanalyse einer Stahlbetontragwand unter Berücksichtigung der Erdbebenbelastung
• Parameter study of the vulnerability of structures

Risikoanalyse für Kunstbauten unter der Einwirkung von Naturgefahren

Fachbereich: "Risiko und Sicherheit"
Leiter der Semesterarbeit:Matthias Schubert, (schubert@ibk.baug.ethz.ch, HIL E 31.3), Dr. Daniel Straub, Prof. Dr. Michael H. Faber
Zugezogener Fachbereich: nach Bedarf
Beschrieb der Semesterarbeit:
Für aussergewöhnliche Einwirkungen sind die gängigen Normen oft nicht ausreichend. Dies liegt in den sehr kleinen Eintretens-Wahrschein-lichkeiten begründet, welche kombiniert mit grossen potentiellen Kräften zu schwer abschätzbaren Risiken führen. Die Risikoanalyse erlaubt es, die Unsicherheiten der Einwirkungen und die Konsequenzen eines Versagens zu quantifizieren. Sie ermöglicht es dadurch, rationelle und optimale Entscheidungen über den benötigten Schutz vor diesen Gefahren zu treffen.
Die Arbeit behandelt ein konkretes Bauwerk.
Im ersten Teil wird eine quantitative Analyse der Naturgefahr durchgeführt. Es wird sich dabei um eine gravitative Einwirkung handeln (Steinschlag, Murgang, Lawine. Diese ist noch zu bestimmen, Interessen können berücksichtigt werden). Die Detailliertheit dieser Aufgabe wird sich an der verfügbaren Zeit orientieren.
Im zweiten Teil wird die Versagenswahrscheinlichkeit des Bauwerkes ermittelt. Dies beinhaltet zur Hauptsache die konstruktive Berechnung des betrachteten Bauwerkes. Diese wird unter Mithilfe eines Assistenten mit einem probabilistischen Modell erweitert, so dass die Zuverlässigkeit berechnet werden kann.
Teil 1 und 2 werden zur Risikoanalyse kombiniert, aufgrund derer über Massnahmen entschieden werden kann.
Empfohlene Lehrveranstaltungen: Risiko und Sicherheit im Bauwesen
Besonderes: Die Arbeit kann auch im Team durchgeführt werden.
Die Arbeit wird im Rahmen eines Forschungsprojektes durchgeführt. Die Resultate fliessen in diese Arbeit ein.

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Modeling of the Spatial Variability of the Main Deterioration Processes in Concrete Structures

Fachbereich: Risiko und Sicherheit
Leiter der Semesterarbeit: Vasiliki Malioka (malioka@ibk.baug.ethz.ch, HIL E12.2), Prof. M.H. Faber
Zugezogener Fachbereich: nach Bedarf
Beschrieb der Semesterarbeit:
The variability of batches and workmanship result in a spatial variability of the concrete characteristics in a structure, e.g. permeability, porosity. That means that corrosion initiation and propagation are spatially variable and therefore the structural and serviceability performance are influenced accordingly. Non destructive inspection methods can provide the means for assessing this spatial variability and for modeling the parameters governing the main deterioration processes. Within this context the quality of the inspection techniques may be examined.
The aim of this project is to organize and carry out a number of non destructive inspection methods such as cover, chloride ingress and carbonation depth measurements in order to assess the spatial variability of the concrete properties and therefore of the deterioration processes. The inspection methods are to be applied into concrete structural elements with different specifications and that have been exposed to different conditions. Work will be concentrated on two principal deterioration processes, namely corrosion due to chloride ingress and due to carbonation. The spatial variability of the concrete properties will be assessed through correlation analysis of the measurements and based on that it will be possible to divide the elements into small zones, namely grid squares. These squares will form the location of further measurements in order to address the small scale variability.
Empfohlene Lehrveranstaltungen: 20-155 Risiko und Sicherheit im Bauwesen
Besonderes: The project will require lab work (non destructive methods will be used to test concrete elements).
The project is part of a research work on spatial variability of concrete properties and the results will be part of this work. Based on the lab work progress, time availability and the interest of the student(s) the project may be extended in addressing aspects such as the modeling of the parameters governing the degradation processes and/or the examination of the inspections quality.
Literature is available in both English and German. However a good knowledge of English is desirable.
The student(s) will gain familiarity with using a number of non destructive testing methods and with aspects such as spatial variability of the concrete properties and the deterioration processes and modeling of the above subjects in probabilistic terms.

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Strukturelle Sicherheitsanalyse einer Stahlbetontragwand unter Berücksichtigung der Erdbebenbelastung

Fachbereich: Risiko und Sicherheit
Leiter der Semesterarbeit:Prof. Dr. Michael H. Faber, Yahya Y. Bayraktarli (bayraktarli@ibk.baug.ethz.ch)
Beschrieb der Semesterarbeit:
Im Mitteleuropäischen Raum sind stärkere Erdbeben relativ selten. Die grössten denkbaren Erdbeben könnten aber bei Bauwerken, die nach dem Beben für die Versorgung der Bevölkerung von grosser Bedeutung sind zu Schäden führen und somit eine Gefährdung für die Bevölkerung darstellen.
Im Rahmen der Semesterarbeit ist für ein solches Bauwerk, eine Klinik im Kanton Wallis, eine strukturelle Zuverlässigkeitsanalyse durchzuführen.
Basierend auf der Erkenntnis, dass die Klinik das Erdbeben in Bormio(I) am 29. Dezember 1999 (Mw=4.9) ohne Schäden überstanden hat, soll eine der beiden Stahlbetontragwände näher untersucht werden. Dabei ist in folgender Weise vorzugehen:
– Da die Baupläne für die Tragwand nicht vorhanden sind, soll die
Stahlbetontragwand bemessen werden. Es wird angenommen, dass die
Tragwand sachgerecht nach der Kapazitätsmethode bemessen wurde.
– Die Erdbebenbelastung soll nach dem Ersatzkraftverfahren aufgebracht
werden.
– Probabilistische Modelle für den Widerstand und die Einwirkung sollen
vorgeschlagen werden.
– Das probabilistische Modell für den Widerstand soll auf Grundlage des
Bormio Erdbebens aktualisiert werden.
– Die Zuverlässigkeit der Stahlbetontragwand soll schliesslich mit dem
aktualisierten Widerstandsmodell berechnet werden.
Empfohlene Lehrveranstaltungen: 20-155 G Sicherheit im Bauwesen 20-157 G Erdbebensicherung von Bauwerken
Besonderes: Gruppenarbeit ist möglich. Die Literatur ist hauptsächlich in Englisch.

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Parameter study of the vulnerability of structures

Fachbereich: "Risiko und Sicherheit"
Leiter der Semesterarbeit: Dr. Jens Ulfkjaer, HIL E 13.2, 01-633 34 88, ulfkjaer@ibk.baug.ethz.ch, Prof. Dr. Michael H. Faber
Zugezogener Fachbereich: nach Bedarf
Beschrieb der Semesterarbeit:
Keywords: Finite Elements, Damage and Fragility Curves
In earthquake risk management it is common to estimate damages of structures subjected to earthquakes by using so called fragility curves, which gives the probability for a certain level of damage dependent on the intensity of the earthquake.
The determinations of fragility curves are normally done using the finite element method. In this project it is proposed to do a parameter study, on different material and structural parameters, and see if the damage is dependent on certain known damage measures.
A program package for generation of structure is already available, and this package should be extended during the project, for instance by implementing additional damage measures.
The students will benefit from the project as their structural awareness will be increased and concepts as the finite element method, material modeling and probability theory will be learned.
Empfohlene Lehrveranstaltungen: 101-155-00L: Sicherheit im Bauwesen, 101-157-00L: Erdbebensicherung von Bauwerken
Besonderes: As the fragility curves will be established using super computers, interest for programming is important.
The project can be made in German or English (as almost all literature on the subject is in English).

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WS 2004/2005

• Risikoanalyse für Kunstbauten unter der Einwirkung von Naturgefahren
• Einfluss von Lastcharakteristika auf die Langzeitfestigkeit von
  Holzbauwerken
• Prediction of the service life of concrete structures taking into account the
  spatial variability of the concrete characteristic
• Strukturelle Sicherheitsanalyse einer Stahlbetontragwand unter
  Berücksichtigung der Erdbebenbelastung
• Kalibrierung der Vornorm SIA166 - Klebebewehrung

Risikoanalyse für Kunstbauten unter der Einwirkung von Naturgefahren

Fachbereich: "Risiko und Sicherheit"
Leiter der Semesterarbeit: Daniel Straub (straub@ibk.baug.ethz.ch, HIL E12.1), Prof. M.H. Faber
Zugezogener Fachbereich: nach Bedarf
Beschrieb der Semesterarbeit:
Für aussergewöhnliche Einwirkungen sind die gängigen Normen oft nicht ausreichend. Dies liegt in den sehr kleinen Eintretens-Wahrscheinlichkeiten begründet, welche kombiniert mit grossen potentiellen Kräften zu schwer abschätzbaren Risiken führen. Die Risikoanalyse erlaubt es,
die Unsicherheiten der Einwirkungen und die Konsequenzen eines Versagens zu quantifizieren. Sie ermöglicht es dadurch, rationelle und optimale Entscheidungen zu treffen über den benötigten Schutz vor diesen Gefahren.
Die Arbeit behandelt ein konkretes Bauwerk.
Im ersten Teil wird eine quantitative Analyse der Naturgefahr durchgeführt. Es wird sich dabei um eine gravitative Einwirkung handeln (Steinschlag, Murgang, Lawine. Diese ist noch zu bestimmen, Interessen können berücksichtigt werden). Die Detailliertheit dieser Aufgabe wird sich an der
verfügbaren Zeit orientieren.
Im zweiten Teil wird die Versagenswahrscheinlichkeit des Bauwerkes ermittelt. Dies beinhaltet zur Hauptsache die konstruktive Berechnung des betrachteten Bauwerkes. Diese wird unter Mithilfe eines Assistenten mit einem probabilistischen Modell erweitert, so dass die Zuverlässigkeit
berechnet werden kann.
Teil 1 und 2 werden zur Risikoanalyse kombiniert, aufgrund deren über Massnahmen entschieden werden kann.
Empfohlene Lehrveranstaltungen: Risiko und Sicherheit im Bauwesen
Besonderes: Die Arbeit kann auch im Team durchgeführt werden.
Die Arbeit wird im Rahmen eines Forschungsprojektes durchgeführt. Die Resultate fliessen in diese Arbeit ein.

Einfluss von Lastcharakteristika auf die Langzeitfestigkeit von Holzbauwerke

Fachbereich: "Risiko und Sicherheit"
Leiter der Semesterarbeit: Jochen Köhler (jochen.koehler@ibk.baug.ethz.ch, HIL E12.1), Prof. M.H. Faber
Zugezogener Fachbereich: -
Beschrieb der Semesterarbeit:
Einige Prognosen sagen voraus, dass im Zuge der Klimaänderung magnituden der Wind- und Schneeereignisse grösser werden, diese Ereignisse dafür aber seltener vorkommen. Es soll betrachtet werden wie sich eine solche Änderung der Lastcharakteristik auf die Versagenswahrscheinlichkeit von Holzbauwerken auswirkt und was die Konsequenz für bestehende Bauwerke ist.
Die Festigkeit von Holz und Holzmaterialien ist abhängig von der Dauer und der Intensität der Belastung. Holz ist ein viskoelastisches Material und das Versagen unter Langzeitbeanspruchung wird als Kriechversagen bezeichnet.
Verschiede Modelle stehen zur Verfügung um dieses Phänomen zu modellieren. In der Semesterarbeit soll ein bestimmtes bruchmechanisches Modell zur Modellierung der Festigkeit von Holz unter Schnee und Windbelastung untersucht werden. Die Materialkennwerte und die Belastungsparameter werden als stochastische Variablen eingeführt und mit Hilfe von FORTRAN soll die Lebenszeit
von Holzelementen simuliert werden. In einer Sensitivitätsanalyse soll untersucht werden, auf welche Lastparameter das Materialmodell besonders reagiert.
Empfohlene Lehrveranstaltungen: 20-155 Risiko und Sicherheit im Bauwesen
Besonderes: Die Arbeit kann auch im Team durchgeführt werden. Die Literatur ist hauptsächlich in Englisch. Grundkenntnisse in FORTRAN oder anderer Programmiersprache wären hilfreich sind aber nicht erforderlich.
Die Arbeit wird im Rahmen eines Forschungsprojektes durchgeführt. Die Resultate fliessen in diese Arbeit ein.

Prediction of the service life of concrete structures taking into account the spatial variability of the concrete characteristic

Fachbereich: Risiko und Sicherheit
Leiter der Semesterarbeit: Vasiliki Malioka (malioka@ibk.baug.ethz.ch, HIL E12.2), Prof. M.H. Faber
Zugezogener Fachbereich: nach Bedarf
Beschrieb der Semesterarbeit:
The variability of batches and workmanship result in a spatial variability of concrete characteristics e.g permeability, porosity, in a structure. That means that corrosion initiation and propagation are spatially variable and therefore the structural and serviceability performance are influenced accordingly. Tests need to be carried out on structures to establish this material variability and use the information gained to update the knoweldge of the behaviour of concrete.
The aim of this project is to develop a methodical basis for the planning of inspections taking into account the spatial variability of the concrete material characteristics. This will furthermore enable to predict the effect of the quality of concrete in a structure on its future performance in regard to deterioration. To this end a model should be developed to describe the spatial variability of concrete characteristics and establish a suitable structural mesh arrangement for related tests. The approach is then to be adopted for structures subjected to different criteria, that need to be identifed e.g. exposure conditions, age etc. Within the same framework maintenance planning in a cost optimum manner should be established.
Empfohlene Lehrveranstaltungen: 20-155 Risiko und Sicherheit im Bauwesen
Besonderes: The project can be also made in groups.
The project is part of a research work on spatial variability and the results will be part of this work.
Much literature is in English but there is some also available in German. However a good knowledge of English is desirable. Use of Visual Basic and /or Fortran will be required.
The student(s) will gain familiarity with the concepts of inspection and maintenance planning of concrete structures and the effect of spatial variability.

Strukturelle Sicherheitsanalyse einer Stahlbetontragwand unter Berücksichtigung der Erdbebenbelastung

Fachbereich: Risiko und Sicherheit
Leiter der Semesterarbeit: Prof. Dr. Michael H. Faber, Yahya Y. Bayraktarli
Zugezogener Fachbereich: -
Beschrieb der Semesterarbeit:
Im Mitteleuropäischen Raum sind stärkere Erdbeben relativ selten. Die grössten denkbaren Erdbeben könnten aber bei Bauwerken, die nach dem Beben für die Versorgung der Bevölkerung von grosser Bedeutung sind zu Schäden führen und somit eine Gefährdung für die Bevölkerung darstellen.
Im Rahmen der Semesterarbeit ist für ein solches Bauwerk, eine Klinik im Kanton Wallis, eine strukturelle Zuverlässigkeitsanalyse durchzuführen. Basierend auf der Erkenntnis, dass die Klinik das Erdbeben in Bormio am 29. Dezember 1999 (Mw=4.9) ohne Schäden überstanden hat, soll eine der beiden Stahlbetontragwände näher untersucht werden.
Dabei ist in folgender Weise vorzugehen:
- Da die Baupläne für die Tragwand nicht vorhanden sind, soll die Stahlbetontragwand bemessen werden. Es wird angenommen, dass die Tragwand sachgerecht nach der Kapazitätsmethode bemessen wurde.
- Die Erdbebenbelastung soll nach dem Ersatzkraftverfahren aufgebracht werden.
- Probabilistische Modelle für den Widerstand und die Einwirkung sollen vorgeschlagen werden.
- Das probabilistische Modell für den Widerstand soll auf Grundlage des Bormio Erdbebens aktualisiert werden.
- Die Zuverlässigkeit der Stahlbetontragwand soll schliesslich mit dem aktualisierten Widerstandsmodell berechnet werden.
Empfohlene Lehrveranstaltungen: 20-155 G Sicherheit im Bauwesen 20-157 G Erdbebensicherung von Bauwerken
Besonderes: Gruppenarbeit ist möglich. Die Literatur ist hauptsächlich in Englisch.

Kalibrierung der Vornorm SIA166 - Klebebewehrung

Fachbereich: Risiko und Sicherheit
Leiter der Semesterarbeit: Oliver Kübler, Prof. Dr. M. Faber, IBK
Zugezogener Fachbereich: Prof.T. Vogel, IBK
Beschrieb der Semesterarbeit:
Bauwerksnormen gewährleisten eine zeiteffiziente, kostengünstige und sichere Bemessung von Bauwerken. Sie bilden die Basis für die alltäglichen Arbeiten eines Bemessungsingenieurs und gewährleisten somit innovative Sonderlösungen. Ein deterministisches Sicherheitsformat mit Teilsicherheitsbeiwerten, Lastkombinationsfaktoren und charakteristischen Werten für Einwirkungen und Materialeigenschaften liegt den heutigen Baunormen zugrunde. Gemäss diesem Sicherheitsformat ist die Sicherheit der Tragfähigkeit gewährleistet, wenn der Bemessungswert der Einwirkung kleiner oder gleich dem Bemessungswert der Tragfähigkeit ist. Mittels der Zuverlässigkeitstheorie, die in den letzten Jahrzehnten entwickelt wurde, kann das Sicherheitsniveau, das durch die Norm gewährleistet wird, als Wahrscheinlichkeit eines Bauwerksversagens ausgedrückt werden. Die Zuverlässigkeitstheorie stellt Methoden zur Verfügung mit denen deterministische Sicherheitsformate kalibriert werden können.
Ziel dieser Arbeit ist die Bestimmung von Sicherheitsfaktoren für die Vornorm SIA166 Klebebewehrung. In konsistenter Art und Weise sollen die Empfehlungen des JCSS benutzt werden um Grenzzustandsfunktionen zu identifizieren, stochastische Grössen zu modellieren und akzeptierbare Sicherheitsniveaus zu bestimmen.
Empfohlene Lehrveranstaltungen: 20-155 Sicherheit im Bauwesen
Besonderes: Gruppenarbeit ist möglich.
Die Literatur ist hauptsächlich in englisch. Grundkenntnisse in
FORTRAN und VBA sind sehr hilfreich.