D-A-CH TAGUNG 2011 - SGEB

1 EINFÜHRUNGHerkömmliche Systeme zur aktiven Bauwerkssteuerung haben einen entscheidendenNachteil. Bei der Behandlung idealer Systeme wird davon ausgegangen, dass dieSteuerungsoperationen unverzüglich ausgeführt werden können. In der Realität entsteht jedochein nicht zu vernachlässigender Zeitverzug durch die Bearbeitung der Messdaten, die Online-Berechnungen zur Datenanalyse und die Ableitung der Steuerungskräfte sowie durch dieTrägheit bei der Ausführung des Steuerungsantriebs. Die resultierende Zeitverzögerung führtzur ungewollten Verschiebung der Aktuation der Steuerungskräfte im Vergleich zurEinwirkung. Diese Verschiebung kann neben einer Unwirksamkeit der Steuerung sogar zueiner verstärkten Anregung des Bauwerks und damit letztendlich zur Instabilität des Systemsführen [6].Zur Beseitigung des Zeitverzögerungseinflusses wurden mehrere Ansätze entwickelt. Einerder effektivsten ist die Prädiktivsteuerung [7]. Die bestehenden Methoden zur Vorhersage derStarkbebenbeschleunigung (Strong Ground Motion: SGM), die zur Prädiktivsteuerungerforderlich ist, können in folgende Sub-Klassen eingeteilt werden• Vorgegebenes Spektralmodell (z. B. [8])• Zeitreihenbasierte Echtzeitprädiktoren (z. B. [9])• Echtzeit-Fuzzy-Logik-basierte Prädiktoren ([10])Fehlanpassungen der vorgegebenen spektralen Modelle, Modellierungsdefizite derphysikalischen Phänomene des SGM-Prozesses und die Vernachlässigung der Inhomogenitätund Instationarität des SGM-Prozesses sind die wichtigsten Nachteile bestehender Modelle. Inder vorliegenden Arbeit wird ein parametrischer Echtzeitprädiktor entwickelt, bei dem dieInhomogenität des SGM-Prozesses durch dessen Dekomposition in seine dominanten Phasenmodelliert wird. Daher werden zwei separate Modelle für die Amplitudeneinhüllende und denSpektralinhalt des SGM-Vorhersagemodells entwickelt.2 STOCHASTISCHE ECHTZEITMODELLIERUNG DES SGM-PROZESSESEs wird ein Ansatz entwickelt, mit dem anhand der Echtzeit-Anpassung einesparametrischen stochastischen Modells der Frequenzinhalt der momentanen Bodenbewegungenbestimmt wird, während die Parameter der Amplitudeneinhüllendenfunktion separat durch eineSoft-Computing-basierte Methode kontinuierlich geschätzt werden. Dies ist zur Modellierungsowohl der spektralen als auch der temporalen Instationarität des Prozesses, vor allem beianelastischem Bauwerksverhalten, bei dem die Zeitabhängigkeit der Resonanzfrequenzenberücksichtigt werden muss, wichtig. Mit der Methode der gleitenden Zeitfenster wird einvollständig instationäres stochastisches Spektralmodell identifiziert. Anhand der spektralenEigenschaften und der Amplitudeneinhüllenden des aktuellen und der zurückliegendenZeitfenster werden sowohl die zeitvarianten Spektralparameter des nachfolgenden Zeitfenstersgeschätzt als auch die zeitliche Amplitudeninstationarität bestimmt (Abbildung 1).Das entwickelte Modell basiert auf der Annahme, dass das Spektrum des instationärenProzesses innerhalb eines bestimmten Zeitfensters als stationär angenommen werden darf. DasVorhersage-Modell ist mathematisch durch die Trennung von Zeit- und Frequenzbereichdefiniert,( ) ( ) ( ) (1)1222