Styliani TSANTAKI
A contribution to the assessment of the seismic collapse capacity of basic structures vulnerable to the destabilizing effect of gravity loads (in englischer Sprache verfasst)
Diese Dissertation soll zu einem vertieften Verständnis von erdbebeninduziertem Kollaps einfacher duktiler Tragwerken, die durch große Vertikallasten (durch den sogenannten P-Delta Effekt) stabilitätsgefährdet sind, führen. Ein weiteres Ziel ist der Verbesserung der Vorhersage der seismischen Kollapskapazität der betrachteten Klasse von Strukturen mit einfachen Mitteln.
Ein bedeutender Teil dieser Dissertation widmet sich der Quantifizierung der Unsicherheit in der Vorhersage der seismischen Kollapskapazität von stabilitätsgefährdeten Einfreiheitsgrad-Systemen. Im Speziellen wird die Reduktion der erdbebenbedingten Variabilität der Kollapskapazität mittels einer geeigneten Wahl des Intensitätsmaßes der Erdbebenanregung behandelt. Es wird vorgeschlagen als Intensitätsmaß die über eine gewisse Periodenbandbreite gemittelte Pseudo-Beschleunigung heranzuziehen. Zusätzlich wird ein weiteres Intensitätsmaß eingeführt, welches die durch die großen Axialkräfte beeinflussten Systemparameter einbezieht. Das heißt, dass die 5% gedämpfte spektrale Pseudobeschleunigung an der Eigenschwingungsdauer des Systems unter den Axialkräften verwendet wird, die anschließend mit dem Festigkeitskoeffizienten des Axialkraft-beeinflussten Systems normalisiert wird. Mit Hilfe einer umfangreichen Parameterstudie wird gezeigt, dass beide Intensitätsmaße im Vergleich zu dem heute hauptsächlich verwendeten Intensitätsmaß zu einer deutlichen Reduktion der erdbebenbedingten Variabilität der Kollapskapazität führen.
Es wird die Auswirkung der Unsicherheit eines negativen Steifigkeitsverhältnisses im inelastischen Deformationsast auf den Median und die Variabilität der Kollapskapazität von P-Delta sensitiven Einfreiheitsgrad-Tragwerken quantifiziert. Die Ergebnisse der „First-Order-Second-Moment“-Methode werden durch Resultate des aufwendigeren „Latin Hypercube Sampling“-Verfahrens validiert. Die totale Variabilität der Kollapskapazität zufolge der erdbebenbedingten und parameterbedingten Unsicherheiten wird mithilfe einer statistischen Überlagerung der beiden Anteile oder alternativ durch zweidimensionales „Latin Hypercube Sampling“ ermittelt. Die zweite Vorgehensweise erlaubt die gleichzeitige Berücksichtigung beider Quellen von Unsicherheiten mit demselben Rechenaufwand wie für die alleinige Ermittlung der erdbebenbedingten Variabilität. Die Ergebnisse zeigen, dass die parameterbedingte Variabilität der Kollapskapazität von der gleichen Größenordnung ist wie die erdbebenbedingte. Die Berücksichtigung der Unsicherheit in der negativen inelastischen Steifigkeit führt zu einer Abflachung der Fragilitätskurven und damit zu einer größeren Wahrscheinlichkeit des seismischen Kollapses bei geringer Erdbebenintensität.
Für P-Delta sensitive Mehrfreiheitsgrad-Tragwerke wird der Einfluss von charakteristischen Strukturparametern und zahlreichen Intensitätsmaßen der Erdbebeneinwirkung auf die Kollapskapazität und deren Variabilität untersucht. Es wird bestätigt, dass eine negative globale Steifigkeit im inelastischen Verformungsast der wichtigste Parameter für erdbebenindizierten Kollaps der betrachteten Klasse von Mehrfreiheitsgrad-Tragwerken ist. Die Wahl eines Intensitätsmaßes auf Grundlage der gemittelten spektralen Pseudobeschleunigung, welches den Effekt höherer Eigenschwingungsformen berücksichtigt, führt zur kleinsten Variabilität der Kollapskapazität. Daraus kann geschlossen werden, dass mit einem äquivalenten Einfreiheitsgrad-System diese Variabilität nicht direkt erfasst werden kann.
Mithilfe von multiplen Regressionsrechnungen werden analytische Beziehungen für Entwurfs-Kollapskapazitätsspektren und Fragilitätskurven basierend auf unterschiedlichen Intensitätsmaßen hergeleitet. Diese Beziehungen führen zu einer Verbesserung der Vorhersage von erdbebeninduziertem Kollaps P-Delta sensitiver Tragwerke im Rahmen der Kollapskapazitätsspektrum-Methode.