Eva HÖRTNAGL

Seismische Kollapskapazität von vertikal inhomogenen und P-Delta sensitiven Rahmentragwerken

Für die Bestimmung der seismischen Tragfähigkeit (Kollapskapazität) von Gebäuden spielt nicht nur die einwirkende Belastung, sondern auch die Beschaffenheit des Tragwerks selbst eine bedeutende Rolle. Zumeist beruhen derartige Untersuchungen des Erdbebeningenieurwesens auf sogenannten „homogenen“ Systemen, d.h. die Konstruktion und Eigenschaften des fertigen Bauwerks folgen über die Höhe einem kontinuierlichen Verlauf, der im Vorfeld im Zuge des Planungsprozesses festgelegt wird. Nicht selten kommt es in der Realität allerdings vor, dass die Gebäude den planmäßigen Anforderungen aufgrund von Fehlern in der Bauausführung oder Veränderungen über die Lebensdauer nicht zur Gänze entsprechen und daher als „inhomogen“ anzusehen sind. Somit ist es naheliegend, die Auswirkungen von solchen ungewollten Irregularitäten in der Tragstruktur bei seismischer Beanspruchung durch ein Erdbeben einer genaueren Betrachtung zu unterziehen und zu bewerten.

In der vorliegenden Masterarbeit wird die Standfestigkeit des mechanischen Modells eines ebenen mehrstöckigen Rahmentragwerks mit variierenden vertikalen Inhomogenitäten hinsichtlich der Art (Steifigkeit, Fließfestigkeit) und des Ortes, an dem sie auftreten, unter statischer und dynamischer Belastung untersucht. Dafür werden in einem ersten Teil die verwendeten seismischen Berechnungsverfahren vorgestellt sowie die notwendige theoretische Grundlage geschaffen. Im Anschluss wird die mechanische Modellierung der Tragstrukturen, die für die Berechnungen und Bewertungen herangezogenen werden sollen, detailliert beschrieben. Alle Systeme weisen inelastisches Materialverhalten auf und die destabilisierende Wirkung der Gewichtskräfte (P-Delta Effekt) wird berücksichtigt, da diese zum Teil wesentlich am Tragwerksversagen beteiligt ist. Die Degradation der Bauteile aufgrund von wiederholten inelastischen Belastungszyklen wird dabei vernachlässigt. In einem nächsten Teil wird der computergestützte Aufbau der Modelle und der anschließende Berechnungsablauf mittels einer Software für Simulationen im Erdbebeningenieurwesen (OpenSees) erklärt. Die daraus erhaltenen Ergebnisse werden nachfolgend in Diagrammen dargestellt und erläutert. Großes Augenmerk wird dabei auf die Gegenüberstellung mit dem zugehörigen homogenen System gelegt, um konkrete Aussagen über den Einfluss der eingebunden Irregularitäten tätigen zu können. Im abschließenden Teil werden die gewonnenen Erkenntnisse aus den Untersuchungen zusammengefasst sowie ein Ausblick für mögliche weitere Nachforschungen zu diesem Thema gegeben.

Eine wesentliche Erkenntnis dieser Arbeit ist, dass die lokale Reduktion von Materialkennwerten nicht zwangsläufig zu einer Beeinträchtigung des Tragwerks unter Erdbebenbeanspruchung führt. In Abhängigkeit vom Ort der Inhomogenität kann das globale seismische Strukturverhalten sogar positiv beeinflusst werden.

 

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