Zufallslasten

Zufallslasten sind Lasten, deren Größe, Richtung oder zeitliche Verteilung in der Praxis unvorhersehbar ist und daher durch Modelle stochastischer Prozesse beschrieben wird. Im Gegensatz zu deterministischen Lasten, die fest vorgegeben sind, weisen Zufallslasten statistische Eigenschaften wie Mittelwert, Varianz und Abhängigkeiten über die Zeit auf.

Die Modellierung von Zufallslasten erfolgt typischerweise im Zeit- oder im Frequenzbereich. Wichtige Konzepte sind stationäre versus nicht-stationäre Prozesse, die Autokorrelationsfunktion und das Leistungsspektrum (Power Spectral Density, PSD). Bei gaußschen Prozessen genügt oft der erste und zweite Moment, während reale Lastreihen auch nicht-gaussche Verteilungen mit schwereren Schrecken aufweisen können. Zur Erzeugung realitätsnaher Lasten werden Zeitreihen generatorisch oder via spektraler Methoden synthetisiert, und Monte-Carlo-Simulationen kommen zum Einsatz, um Wahrscheinlichkeitsverläufe der Strukturantwort abzuschätzen.

Typische Quellen von Zufallslasten in der Bau- und Strukturtechnik sind Wind, Wellen- und Strömungseinflüsse, Verkehrslasten sowie Erdbebenimpulse oder andere dynamische Einwirkungen. Windlasten sind oft breitbandige, zeitabhängige Größen, während seismische und marine Lasten starke temporale Ausschläge zeigen können. Die Berücksichtigung von Zufallslasten erfolgt meist durch Zeitreihenanalysen, spektrale Verfahren oder probabilistische Reliability-Ansätze.

In Normen und Richtlinien werden Zufallslasten häufig durch Wahrscheinlichkeitsgrößen wie charakteristische Werte, Designwerte oder Lastverteilungen berücksichtigt. Beispiele finden sich in europäischen und nordamerikanischen Codes, wo Zufallslasten zusammen mit Material- und Bauwerksparametern in sicherheitsorientierte Designfälle integriert werden. Herausforderungen bleiben die Modellunsicherheit, Nicht-Stationarität durch Klimawandel und die Kopplung mehrerer Lastarten.