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Construction and application of Bayesian probabilistic networks for earthquake risk management

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[Quelle: http://e-collection.library.ethz.ch]

Neue Erkenntnisse in der Erdbebeningenieurforschung ermöglichen eine zuverlässige Bemessung neuer Bauwerke. Die vorhandene Bausubstanz jedoch stellt weiterhin ein signifikantes Risiko sowohl für die Sicherheit der Menschen als auch für die wirtschaftliche Wertschöpfung der Gesellschaft dar. Die Erdbebenrisikoanalyse von Bauwerken erfordert die Berücksichtigung der Unsicherheiten in der Erdbebengefährdung, in den Standorteffekten, in den Bauwerksantworten sowie in den direkten und in den indirekten Konsequenzen. Darüber hinaus entstehen Unsicherheiten, wenn das Erdbebenrisiko für ein Portfolio von Bauwerken analysiert wird. Eine Stadt ist mehr als eine Ansammlung individueller Bauwerke, da gegenseitige Abhängigkeiten zwischen ihren Elementen existieren. Diese "Systemeffekte" werden ebenfalls untersucht, um einen theoretischen Rahmen zur Erfassung der komplexen Konsequenzen im Falle von Naturgefahren aufzustellen. Zu Beginn wird eine systemtheoretische Definition einer Stadt unter Berücksichtigung funktionaler und hierarchischer Abhängigkeiten gegeben. Daran anschießend wird ein theoretischer Rahmen für die Risikoanalyse eingeführt. Durch die Anwendung von Bayes`schen Netzen werden beide Perspektiven berücksichtigt. Die Elemente eines Bayes`schen Netzes stellen die explizit berücksichtigten Variablen innerhalb eines Risikoanalyseproblems dar. Die gemeinsame Wahrscheinlichkeitsverteilung dieser Variablen kann effizient durch Bayes`sche Netze ausgewertet werden. Für den Analysten ist die gemeinsame Wahrscheinlichkeitsverteilung von großem Nutzen und kann analytisch nur in den seltensten Fällen ermittelt werden. Bayes`sche Netze werden für die Module der seismischen Gefährdung, der Bodenantwort, der Bauwerksschäden und der Konsequenzen einer Erdbebenrisikoanalyse entwickelt. Die Anwendung dieser Module wird mit vier Beispielen anhand eines Portfolios von Stahlbetonbauwerken in einer Stadt in der Türkei illustriert. Das erste Beispiel behandelt ein Entscheidungsproblem zur Ertüchtigung einer Bauwerksklasse gegen Erdbeben. Das zweite Beispiel illustriert, wie mit Bayes`schen Netzen die Verlustüberschreitungskurve ("loss exceedance curve") eines Portfolios berechnet wird. Es wird gezeigt, dass die Berücksichtigung der Abhängigkeiten (z.B. in den Ereignissen oder in den Modellen) einen signifikanten Einfluss auf das Ergebnis hat. Im dritten Beispiel wird gezeigt, wie mit Bayes`schen Netzen eine Aktualisierung der seismischen Verletzbarkeitskurven ("seismic fragility curve"), basierend auf Schadensinspektionen nach einem Erdbeben, durchgeführt wird. Das vierte Beispiel diskutiert die Anwendung eines neu entwickelten Robustheitskonzeptes auf die Ermittlung der Konsequenzen. Mit der vorgeschlagenen Methode ist eine konsistente Berücksichtigung der Unsicherheiten und der Abhängigkeiten möglich.

Folgendes könnte Sie auch interessieren:

Bücher, Broschüren

Bernhard Walendy
Ertüchtigung von nicht tragendem Mauerwerk gegen seismische Einwirkungen mittels aufgeklebter Textilien
Karlsruher Reihe Massivbau, Baustofftechnologie, Materialprüfung, Band 86
Dissertationsschrift
2019, 312 S., graph. Darst. 240 mm, Softcover
KIT Scientific Publishing

 

 

Bestandsaufnahmen belegen die oftmals zerstörerische Wirkung von Erdbeben auf Mauerwerk. Dies gilt insbesondere für biegebelastete Wände(out-of-plane). In der Arbeit wird ein für diesen Anwendungsfall entwickeltes Ertüchtigungssystem untersucht (auf Wandoberfläche geklebtes Glasfasergewebe). Als Klebstoff wird ein sehr weiches Material auf Polyurethanbasis verwendet. Es wird ein Quantifizierungskonzept für die Verstärkungswirkung des Systems erarbeitet.

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Alexandru Marin
Dynamic non-linear soil behaviour in alpine areas
Veröffentlichungen des Instituts für Geotechnik (IGT) der ETH Zürich, Band 253
2019, 202 S., zahlreiche Grafiken, z.T. farbig. 29.7 cm, Softcover
vdf Hochschulverlag AG

 

 

Seismische Ereignisse im alpinen Bereich haben wesentliche Auswirkungen auf die gesamte Gesellschaft. Gemäss dem amerikanischen geologischen Institut (USGS) wurden 9182 Todesopfer durch die zwei starken Erdbeben vom 24. und 12. April 2015 in Nepal - ein Land, das überwiegend durch Gebirgstopografie geprägt ist - verursacht. Diese Beben waren Starkbeben der Magnitude M = 7.3-7.8. Auch moderate Erdbeben, wie sie in der Schweiz auftreten können, haben das Potenzial, grosse Schäden, Hangrutschungen oder Felsstürze in Gebieten, die durch mögliche Amplifikationen der lokalen Erschütterung oder Bodenverflüssigung gefährdet sind, zu verursachen. In diesem Zusammenhang ist die Erdbebenvorsorge und die Einschränkung der durch Erdbeben verursachten Auswirkungen im alpinen Bereich eine wesentliche Aufgabe des geotechnischen Erdbebeningenieurwesens. Diese Aufgabe wird durch Feld-, Labor- und numerische Untersuchungen des dynamischen nicht linearen Bodenverhaltens und dessen Einflussfaktoren erfüllt. Im Nachhinein entsteht aus diesen Untersuchungen die Möglichkeit, Methoden für die Abschätzung des seismischen Verhaltens unter alpinen Randbedingungen zu finden und für geneigte Erdbauwerke (z.B. Böschungen, Einschnitte, Dämme) ein Bemessungs- oder Überprüfungsverfahren zu entwickeln, welches für die praktische Anwendung tauglich ist. Das Ziel dieser Arbeit war es, damit einen Beitrag zum geotechnischen Erdbebeningenieurwesen und der Erdbebenvorsorge im alpinen Bereich mittlerer Seismizität (z.B. Schweizer Alpen) zu leisten. Mit dem Ziel, einen umfassenden Satz von statischen und dynamischen Bodenparametern für den im alpinen Bereich weit verbreiteten siltigen Sand zu schaffen, wurden eine Reihe von Laboruntersuchungen im Zusammenhang mit bestehenden Feldmessungen durchgeführt. Der Boden für die Laboruntersuchungen wurde aus Visp VS - eine Stadt im Rhonetal, die in der höchsten Erdbebenzone in der Schweiz liegt - gewonnen. Statische und zyklische triaxiale Kompressionsversuche und Messungen mit Bender- Elementen haben die Grundl

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Christoph Clauser
Grundlagen der angewandten Geophysik - Seismik, Gravimetrie
Springer-Lehrbuch
Seismik, Gravimetrie
2018, xii, 375 S., 125 SW-Abb., 84 Farbabb. 23,5 cm, Softcover
Springer

 

 

Das Buch vermittelt einen Einstieg in die geophysikalischen Erkundungsmethoden Seismik und Gravimetrie. Es erklärt, wie elastische Wellen und Unterschiede der Gesteinsdichte zur Sichtbarmachung von Strukturen im Untergrund genutzt werden können. Das Kapitel Seismik erläutert zunächst die Elastizität von Gesteinen und die verschiedenen Typen elastischer Wellen und deren Ausbreitung. Es folgt eine Einführung in die digitale Verarbeitung seismischer Signale, in der die Konzepte der Fourier-, Z-, Radon- und Wavelet-Transformationen erläutert werden ebenso wie die Anwendung von Methoden der Konvolution, Dekonvolution, Kreuz- und Autokorrelation auf seismische Daten. Aufbauend auf diesen theoretischen Grundlagen erfahren Sie, wie mittels Durchschallung mit seismischen Wellen Strukturen des Untergrunds tomografisch sichtbar gemacht werden können. Hierauf folgt eine Einführung in die Techniken der Reflexions- und Refraktionsseismik, die erläutert, wie die jeweiligen Datensätze bearbeitet, interpretiert und veranschaulicht werden. Das Kapitel Gravimetrie fasst zunächst zusammen, wie man Schwerebeschleunigungen aus Schwerepotenzialen berechnet und wie das optimal an das Schwerefeld der Erde angepasste Rotationsellipsoid definiert ist. Abweichungen hiervon sind die gesuchten Schwereanomalien, die Rückschlüsse auf Strukturen im Untergrund erlauben. Ihre Identifizierung erfordert eine Reihe von Korrekturen und Reduktionen, die ausführlich erläutert werden. Abschließend erfahren Sie, wie Schweredaten interpretiert werden können - vom Vergleich mit der Schwerewirkung einfacher Modellkörper über Fourier- und Wavelet-Analyse bis hin zu dreidimensionalen Modell- und Inversionsrechnungen.

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Christian Moritz Urban
Experimentelle Untersuchungen und Bemessungsansätze für faserverstärktes Mauerwerk unter Erdbebenbeanspruchungen
Karlsruher Reihe Massivbau, Baustofftechnologie, Materialprüfung, Band 76
Dissertationsschrift
2015, IX, 332 S., graph. Darst. 24 cm, Softcover
KIT Scientific Publishing

 

 

In der Arbeit werden Faserverbundwerkstoffe (FVW) auf ihre Eignung für die Verstärkung von Mauerwerk hin untersucht. Mit Hilfe von Faserflächengebilden, die nachträglich mittels Mörtel oder Klebstoff auf der Wandoberfläche angebracht werden, wird dem Mauerwerk eine zusätzliche auf Zug verstärkende Komponente hinzugefügt. Umfangreiche Versuche mit speziell weiterentwickelten FVW werden durchgeführt, um die Effektivität dieser Materialien zu zeigen. Auf der Grundlage der Untersuchungen werden Bemessungsmethoden entwickelt. Die Untersuchungen sind so aufgebaut, dass vom Verbundverhalten der einzelnen Fasern bis hin zur Wirkung an einem kompletten Gebäude vorgegangen wird. Dazu wurden Zuguntersuchungen zur Beschreibung des Verbundes, Schubuntersuchungen an 3-Stein-Kleinkörpern, kleine statisch-zyklische Schubwandversuche, Biegeversuche an Wandsegmenten, großformatige dynamisch belastete Wandplatten und 5 Gebäudeversuche unter realistischer Echtzeit-Erdbebenbeschleunigung durchgeführt. Die Arbeit versucht dabei auch ein breites Spektrum an Materialien, Belastungsarten wie Scheibenschub und Plattenbiegung unter statischen und dynamischen Bedingungen, sowie verschiedene Gebäudetypen abzudecken.

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Adrian Pocanschi, Marios C. Phocas
Kräfte in Bewegung
Die Techniken des erdbebensicheren Bauens. Mit online files/update
2003
2014, xvii, 602 S., 738 SW-Abb. 244 mm, Softcover
Vieweg+Teubner

 

 

Es wird die Theorie zur Erdbebensicherheit von Bauwerken erklärt, Berechnungsverfahren nach EC 8 werden erläutert, erdbebengerechte Entwurfsgrundsätze und die Methode der Kapazitätsbemessung werden vorgestellt. Moderne Gebäude haben oft nur noch ein geringes Eigengewicht. Die Baustoffe mit höheren Festigkeiten lassen größere Abmessungen und Spannweiten zu. Dies konfrontiert Bauwerksplaner, Architekten und Ingenieure zunehmend mit Problemen aus der Einwirkung von zeitabhängigen Lasten auf Bauwerke. Schwerpunkte des Bandes sind die modernen Technologien des erdbebensicheren Bauens, die passive und aktive Tragverformungskontrolle und die Erdbebenisolierung.

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Forschungsberichte

Bauforschungsberichte, Kurzberichte, Dissertationen, Hinweise auf laufende und abgeschlossene Forschungsvorhaben sowie Bauforschungs-Informationen aus dem deutschsprachigen Raum können Sie sich kostenlos/kostenpflichtig als Download direkt auf den Bildschirm holen oder online auf Papier bestellen.
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Muhammed Al Koussini, Christoph Butenweg, Norbert Gebbeken
Vergleich der neuen Erdbebenkarten in Deutschland und mit den Anrainerstaaten
Abschlussbericht.
Bauforschung, Band T 3386
2021, 71 S., 66 Abb. u. 13 Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Im Rahmen dieses Forschungsberichts erfolgt ein Vergleich der seismischen Einwirkungen in deutschen Erdbebengebieten nach DIN En 1998-1/NA-2020 mit den Einwirkungsniveaus in den Anrainerstaaten Niederlande, Belgien, Luxemburg, Polen, Tschechien, Österreich, Schweiz, Frankreich, und Italien. Zusätzlich werden Portugal, Italien und Griechenland hinzugezogen, obwohl diese Länder nicht direkt an Deutschland grenzen. Für jedes der genannten Länder erfolgt eine Auswertung der aktuellen normativen Dokumente für die Definition der Antwortspektren und ein Vergleich mit dem neuen Nationalen Anwendungsdokument für Deutschland. Im Anschluss erfolgt die Gegenüberstellung der Erdbebeneinwirkungen in den Grenzbereichen zwischen Deutschland und den Anrainerstaaten sowie ein Vergleich der Antwortspektren im Hinblick auf die Spektralform und die Amplifikationsfaktoren. Den Abschluss des Berichts bildet eine zusammenfassende Beurteilung der Untersuchungsergebnisse.

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Ulrike Kuhlmann, Frank Brühl
Robustheit durch duktile Anschlüsse im Holzbau
Bauforschung, Band T 3312
2015, 125 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Robustheit gegenüber außergewöhnlichen Einwirkungen ist eine Forderung an Tragwerke, die immer mehr an Bedeutung gewinnt. Ziel des Forschungsvorhabens ist die Auslegung von duktilen Anschlüssen, um einem sicherheitsgefährdenden, spröden Anschlussversagen entgegenzuwirken. Des Weiteren wird die Anschlussduktilität im Hinblick auf die Robustheit eines Tragwerkes am Beispiel einer seismischen Belastung bewertet. Duktile Anschlüsse entziehen sich durch Verformungen einer weiteren Belastung. Dadurch sind derartige Systeme in der Lage, durch Schnittgrößenumlagerung außergewöhnliche Belastungen zu kompensieren. Um Kenntnisse über die Verformbarkeit von Verbindungsmitteln zu erhalten, sind verschiedene Verbindungsmittel hinsichtlich ihres duktilen Verhaltes untersucht worden. Hierbei zeigte sich, dass neben stiftförmigen Verbindungsmitteln auch Dübel besonderer Bauart über eine beachtliche Verformbarkeit verfügen. Aufgrund der Bestimmungen nach DIN EN 26891 wurden die Versuche jedoch bei einer Verformung von 15 mm abgebrochen, sodass die ermittelte Kenngröße nicht das gesamte Verformungsvermögen widerspiegelt. Im Rahmen eines weiteren Forschungsvorhabens wurden Stabdübelanschlüsse entworfen und hinsichtlich ihres plastischen Verhaltens ausgewertet. Dabei wurde der Stabdübeldurchmesser sowie die Anordnung der Verbindungsmittel variiert. Die Versuchsergebnisse zeigten ein ausgeprägtes Verformungsverhalten. Basierend auf den vorangegangenen Untersuchungen wurden im Rahmen dieses Forschungsvorhabens, quasi-statisch, zyklische Verbindungen geprüft, um duktile Anschlüsse unter einer seismischen Belastung bewerten zu können. Es zeigte sich, dass derartige Verbindungen neben einer ausgeprägten statischen Verformbarkeit ebenfalls über eine beachtliche Verformbarkeit unter einer zyklischen Beanspruchung verfügen. Holz besitzt streuende Materialeigenschaften, die das Trag- und Verformungsverhalten beeinflussen. Neben dem Einfluss des streuenden E-Moduls auf die Trägerendrotationen wurde ein erster Faktor bestimmt, der sicherstellt

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Konrad Zilch, Stefanie Grabowski, Wolfgang Scheufler
Experimentelle Untersuchung des nichtlinearen Tragverhaltens zusammengesetzter Schubwandquerschnitte aus unbewehrtem Mauerwerk unter Erdbebenbelastung. Abschlussbericht
Bau- und Wohnforschung, Band F 2523
2009, 201 S., 225 Abb., 33 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Ziel der Forschungsarbeiten war, den Einfluss des Zusammenwirkens von zusammengesetzten Schubwandquerschnitten auf das Trag- und Verformungsverhalten in üblichen Hochbauten für den Lastfall Erdbeben im Rahmen experimenteller Untersuchungen zu erfassen. Der Schwerpunkt der Untersuchungen liegt dabei auf Gebieten geringer Seismizität wie sie in Deutschland und Mitteleuropa vorzufinden sind. Für die Versuchskörper wurden ausschließlich praxisrelevante Stein-Mörtel-Kombinationen aus Ziegel- bzw. Kalksandsteinmauerwerk mit Dünnbettfugen verwendet. Die experimentellen Untersuchungen an geschosshohen zusammengesetzten Schubwandquerschnitten umfassen zum einen statisch-zyklische und zum anderen pseudodynamische Versuche. Bei beiden Versuchsmethoden wurden die Mauerwerkskörper unter kombinierter Druck- und Schubbeanspruchung in Scheibenebene geprüft, um eine möglichst realitätsnahe Belastung (Kräfte und Verschiebungen) der Wände im Versuch zu simulieren. Als Referenzgebäude für die pseudodynamischen Versuche wurde auf Basis von Voruntersuchungen ein übliches dreigeschossiges Reihenmittelhaus in Mauerwerksbauweise mit Stahlbetongeschossdecken ausgewählt, bei dem die horizontale Lastabtragung durch quer zu den Längswänden stehende Schubwände erfolgt. Die numerische Modellierung dieser Struktur für die pseudodynamischen Versuche erfolgte dabei mit einem nichtlinearen FEM-Solver. Zur Erfassung der verschiedenen Einflüsse auf die Schubtragfähigkeit wurde bei den Versuchen neben der Variation von Steinart, Steingeometrie und Verbindungstechnik auch die Prüfkörpergeometrie in Ahnlehnung an übliche Wandabmessungen eines Reihenmittelhauses verändert. Es konnte gezeigt werden, dass die Querwände einen erheblichen Einfluss auf das Trag- und Verformungsverhalten der Schubwände haben. Die Ergebnisse werden jedoch maßgeblich von der Ausführung der Verbindung von Schub- und Querwand, der verwendeten Steinart- bzw. Steingeometrie, der Normalspannung bzw. deren Verteilung über den Wandquerschnitt, und der Prüfkörpergeometrie beeinflusst.

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Wolfram Jäger, Song Ha Nguyen, Peter Schöps
Erdbebensicherheit von Mauerwerksbauten
Konstruktive Maßnahmen zur Gewährleistung der Erdbebensicherheit im Mauerwerksbau
Bau- und Wohnforschung, Band F 2475
2006, 128 S., m. 71 Abb.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Das Ziel des Forschungsvorhabens war es, in einem "Schwachbebengebiet" wie Deutschland auf zusätzliche und vor allem aufwendige Nachweise zu verzichten und stattdessen Stein-Mörtel-Kombinationen und konstruktive Bedingungen auf der Basis von anspruchsvollen theoretischen und numerischen Modellen herauszuarbeiten, mit denen die Erdbebensicherheit in typischen Mauerwerksbauten in Deutschland ohne weitere Nachweisführungen gegeben ist. Dazu wurden die Anforderungen für Schubwände in Abhängigkeit von Stein-Mörtel-Kombinationen, Geschosshöhe und Anzahl der Vollgeschosse für einige typische Referenz-Mauerwerksbauten auf der Basis von realitätsnahen numerischen Modellen rechnerisch ermittelt. Zur wirklichkeitsnahen Berechnung des Verhaltens von Mauerwerk unter Erdbebenlast wurde die Zeitverlaufsmethode angewendet. Dabei sind die Erdbebeneinwirkungen als Beschleunigungs-Zeit-Funktionen der Bodenbewegung dargestellt worden. Die Kalibrierung des verschmierten FE-Materialmodells erfolgte an Versuchsergebnissen aus der Literatur. Während sich bei dem betrachteten Reihenhaus im Wesentlichen ähnliche Anforderungen wie nach DIN 4149: 2004 ergeben haben, sind für die untersuchten Mehrfamilienhausgrundrisse geringere Anforderungen ermittelt worden. Für Mauerwerk aus Porenbeton ergaben sich für beide Gebäudearten sogar deutlich geringere Anforderungen. Bei Einfamilienhäusern ist die benötigte Schubwandquerschnittsfläche nicht so sehr von der Stein-Mörtel-Kombination und der Geschosshöhe abhängig, sondern hauptsächlich von der Lage des Schubmittelpunktes. Das heißt, die Position der Innenwände hat hier eine wesentliche Bedeutung. Der Einfluss von Bewehrung ergab bei einer punktuellen Untersuchung am Mehrfamilienhaus unter statischer Belastung eine deutliche Tragfähigkeitssteigerung.

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H. Budelmann, E. Gunkler, U. Husemann
Rationell hergestellte Wände aus vorgespanntem großformatigem Mauerwerk mit hohem Erdbebenwiderstand
Abschlussbericht
Bau- und Wohnforschung, Band F 2459
2005, 73 S., m. zahlr. Abb. 29,5 cm,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Ziel des Forschungsvorhabens ist die Untersuchung der das Schubtrag- und Verformungsverhalten verbessernden Wirkung der Vorspannung in Mauerwerkswänden mit angekoppelter Decke, gerade im Hinblick auf erdbebenbedingte Einwirkungen. Das Forschungsvorhaben gliedert sich in folgende drei Teilbereiche: a) Untersuchung unterschiedlicher Spannverfahren und Spannwerkzeuge. b) Experimentelle Untersuchungen an vorgespannten Mauerwerkswänden unter Erdbebeneinwirkungen. Dazu gehören auch Materialprüfungen an Mörtel, Steinen und Mauerwerk sowie die eigentlichen Wandversuche. c) Ingenieurmodell für erdbebenbeanspruchtes vorgespanntes Mauerwerk. Hierzu zählen rechnerische Voruntersuchungen, Nachrechnen der Wandversuche mittels FEM Parameterstudien und die Bestimmung des Verhaltensfaktors q. An vier verschiedenen Wandkörpern wurden statisch zyklische Schubversuche durchgeführt. Neben der Nachrechnung der Versuchsergebnisse mit dem FEM Programm Atena wurde die Schubkapazität der Versuchswände bestimmt und mit nach einem Modell von Bachmann/Lang ermittelten Werten verglichen. Die Nachrechnungen zeigen eine gute Übereinstimmung zwischen Versuch und Rechnung.

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Zeitschriftenartikel

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Grünthal, Gottfried
Vergleich der neuen Erdbebengefährdungskarten der Schweiz, Deutschlands, Österreichs und Frankreichs für die Nationalen Anhänge zum Eurocode 8
Bautechnik, 2021

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Akkermann, Jan
Erdbebensicherheit von Stahlbeton?Bestandstragwerken im Kontext der Eurocode?8?Anwendung
Bautechnik, 2021

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Grünthal, Gottfried; Bosse, Christian
Unterschiede, Beziehungen und Gemeinsamkeiten der Erdbebenkarten nach bisherigem und neuem Nationalen Anhang zum Eurocode 8. Erdbebenzonenkarte nach DIN EN 1998?1/NA:2011?01 und Karte der spektralen Antwortbodenbeschleunigungen nach E DIN EN 1998?1/NA:2018?10
Bautechnik, 2021

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Groß, Mirjam; Gaube, David; Sadegh?Azar, Hamid
Grundsätzliche Untersuchungen zum seismischen Verhalten schienengebundener mobiler Großgeräte der Fördertechnik. Teil 1: Stand der Technik und Berechnungsansätze
Stahlbau, 2021

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Homuth, Benjamin; Krieger, Lars; Deckert, Hagen
Untersuchung von Standorteffekten im seismisch aktiven Gebiet des Odenwaldes in Hessen
Bauingenieur, 2021

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