Armin PRACKWIESER

Einfluss unterschiedlicher Modellierungsstrategien und Parametervariationen auf die Vorhersage der seismischen Antwort von elastoplastischen Rahmentragwerken

Die seismische Tragfähigkeit von Gebäuden hängt von vielen Faktoren ab. Sowohl die seismische Belastung als auch das Tragwerk selbst spielen dabei eine große Rolle. Diesbezüglich kommt dem Erdbebeningenieurswesen eine bedeutende Aufgabe zu: Ein zu errichtendes Bauwerk muss auf seine Standfestigkeit hin genauestens untersucht werden. Diese Abschätzung des schwingungsinduzierten Tragwerkversagens erfordert einen Rechenaufwand, der je nach Modell unterschiedlich hoch ausfallen kann. Bei der Wahl des geeigneten Modells gilt es, ein Tragwerk zu finden, welche gewünschte Ergebnisse liefert und den Rechenaufwand in Grenzen hält.

Die vorliegende Masterarbeit untersucht verschiedene mechanische Modelle und deren Eigenschaften, um die Erdbebenantwort von realen Gebäuden abzuschätzen. Dabei werden die Struktureigenschaften variiert und deren Auswirkungen auf die statische und dynamische Antwort erprobt. Im ersten Teil werden statische und dynamische Analyseverfahren sowie deren theoretischer Hintergrund beschrieben. Daran anschließend werden einfache Modelle, wie der Einmasseschwinger, aber auch aufwändigere Rahmenmodelle betrachtet, die für die Berechnungen herangezogen werden. Das Verfahren zur Generierung der Rahmen mit den beschriebenen Eigenschaften wird erläutert und anhand eines Beispieles aufgezeigt. Die betrachteten Strukturen weisen elastoplastisches Verhalten ohne Materialdegradation auf. Die Auswirkungen der zusätzlichen Deformation durch Vertikalkräfte (P-Delta Effekt) wird berücksichtigt und kann bei ausgewählten Tragwerken unter Umständen zu erdbebenbedingten Kollaps führen. Der nächste Teil enthält die Implementierung der Modelle und die zur Gewinnung der Ergebnisse benötigten Analyseverfahren in einer Software für Simulationen im Erdbebeningenieurswesen (OpenSees). Es werden aussagekräftige Codenschnipsel mit zugehöriger Erläuterung angeführt. Im nächsten Teil erfolgt die Darstellung und Erläuterung der Ergebnisse, die durch Änderung der Stockwerksanzahl, der Nutzlast, der Massenmodellierung, des Dämpfungsmodells und des Stabmodells am Rahmenmodell gewonnen werden. Die statischen Untersuchungen werden mit sowie ohne Berücksichtigung der vertikalen Kräfte durchgeführt. Bei den dynamischen Untersuchungen wird nicht nur das Verhalten des Rahmens selbst analysiert, sondern auch die inneren Kräfte in den Riegeln und Stützen. Den abschließenden Teil bildet eine Zusammenfassung der gewonnen Informationen sowie ein Ausblick für weitere Untersuchungen.

 

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