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Zum Rückstellverhalten von Gleitpendellagern unter seismischer Einwirkung

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[Quelle: http://d-nb.info]

Die Schutzwirkung der seismischen Isolierung gegenüber der zerstörerischen Einwirkung schwerer Erdbeben generiert sich vor allem aus der Eigenschaft, bauliche Anlagen vom Untergrund zu entkoppeln, aber auch aus der Fähigkeit, Energie zu dissipieren. Neben der bereits durch die Isolierungswirkung maßgeblich herbeigeführten weiteren Abminderung der auf das Bauwerk übertragenen Erdbebenbeanspruchung kommt dem Dämpfungsmechanismus vor allem auch die Aufgabe zu, die in der Isolierebene geweckten Relativverschiebungen auf ein akzeptables Maß abzusenken. Wird das Niveau der Energiedissipationswirkung indes zu hoch eingestellt, drohen ein kumulativer Verschiebungsaufbau, verbunden mit dem Herauswandern aus der Solllage während des Erdbebens, sowie eine in Hinsicht auf Folgebeben ungünstig zu bewertende verbleibende Restverschiebung des Systems. Dies zu verhindern, ist die Aufgabe eines ausreichenden Rückstellvermögens. In besonderem Maße gilt dies für Systeme, deren Funktion der Energiedissipation nicht auf geschwindigkeitsproportionalen Dämpfungsmechanismen beruht, wie dies unter anderem beim Einsatz von Gleitpendellagern der Fall ist. Die bisher zur Sicherstellung eines ausreichenden Rückstellvermögens verfügbaren Kriterien liefern hinsichtlich der Auslegung von Gleitpendellagern eher auf der unsicheren Seite liegende Vorgaben. In der Arbeit wird daher ein räumliches FE-Modell des Gleitpendellager-Systems mit dem Ziel entwickelt, realistische Erdbebenverläufe mit einem numerisch überschaubaren Rechenaufwand zu simulieren. Auf Grundlage der mit diesem Modell im Rahmen einer Parameterstudie durchgeführten Berechnungen wird gezeigt, dass die bisher vorgeschlagenen Auslegungskriterien die tatsächlich auftretenden Effekte nur unzureichend abdecken. In der Folge wird eine an den erhaltenen Ergebnissen kalibrierte Bestimmungsgleichung vorgeschlagen, die die einfache Festlegung der für Gleitpendellager maximal zulässigen Reibkoeffizienten erlaubt.

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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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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, Berlin

 

 

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. 240 mm, 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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Erdbeben und bestehende Bauten
SIA Dokumentation, Band D 0255
Gültig ab: 20.08.2015.
2015, 220 S., Softcover

 

 

Diese Dokumentation enthält die Referate der 14. D-A-CH Tagung der Schweizer Gesellschaft für Erdbebeningenieurwesen und Baudynamik (SGEB). Es wird der aktuelle Wissensstand zur Erdbebenproblematik bei bestehenden Bauten umfassend und praxisnah dargestellt. Im Einzelnen werden die folgenden Schwerpunktthemen behandelt: Erdbebengefährdung und Erdbebenrisiko, Geotechnik und Infrastrukturbauten, Gebäude, insbesondere in Mauerwerk sowie Spezialbauwerke.

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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

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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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M. Geyer
Karte der geologischen Untergrundklassen für DIN 4149 (neu). Abschlussbericht
2000, 60 S., Abb.,Tab.,Lit.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Bei der Neufassung von DIN 4149 wird der geologische Untergrund zur Beurteilung seismischer Gefährdung in Deutschland mit herangezogen. Das Landesamt für Geologie, Rohstoffe und Bergbau Baden-Württemberg (LGRB) hat hierzu eine Karte der geologischen Untergrundverhältnisse für die erdbebengefährdeten Gebiete der Bundesrepublik Deutschland erstellt. Die Karte weist großflächig drei seismologisch relevante geologische Untergrundklassen aus: Klasse A ("Fels, Festgestein"): Bereiche mit fehlender oder nur geringmächtiger Bedeckung mit Lockersedimenten (meist Quartär) über Festgestein mit Scherwellengeschwindigkeiten größer ca. 100m/s. Klasse B ("flache Sedimentbecken, Übergangszonen"): Bereiche mit bis zu ca. 100 m Lockersedimenten (meist Quartär) über Festgestein oder Bereiche, in denen unter einer geringmächtigen oder fehlenden Bedeckung von quartären Lockersedimenten tertiäre Sedimente bis ca. 500 m Mächtigkeit auftreten, deren gemessene oder geschätzte Scherwellengeschwindigkeiten allmählich auf Werte von bis zu ca. 1800 m/s ansteigen. Klasse C ("tiefe Sedimentbecken"): Bereiche mit mehr als ca. 100 m Lockersedimenten (meist Quartär) über Festgestein oder Bereiche, in denen unter einer geringmächtigen oder fehlenden Bedeckung von quartären Lockersedimenten sehr mächtige tertiäre Sedimente von mehr als ca. 500 m Mächtigkeit auftreten. Der Untergrund bis in Tiefen von ca. 20 m bleibt in allen Fällen als sogenannter "Baugrund" außer Betracht. Flächen mit einer Ausdehnung von weniger als 20 km sind in der Karte nicht dargestellt.

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Zeitschriftenartikel

Folgende Literaturnachweise stammen aus der Datenbank RSWB^®plus. Die Datenbank unterstützt schnell und zielsicher Fachleute aus Planungsfirmen, Industrie und Forschung, sowie Lehrkräfte und Studierende in der akademischen Ausbildung bei Nachweis und Beschaffung von Fachinformation zum Planen und Bauen.

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Gremer, Nadia; Adam, Christoph; Moschen, Lukas; Medina, Ricardo A.
Einfluss der Dämpfungsmodellierung auf die Beschleunigungsantwort eines erdbebenerregten Stahlrahmens
Stahlbau, 2020

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Gündel, Max
Herleitung des Überfestigkeitsbeiwerts auf Basis statistischer Kennwerte europäischer Baustähle
Stahlbau, 2020

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Lignos, Dimitrios G.; Hartloper, Alexander R.
Steel column stability and implications in the seismic assessment of steel structures according to Eurocode 8 Part 3
Stahlbau, 2020

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Degee, Herve; Hoffmeister, Benno; Duchene, Yves
Dissipative Rahmentragwerke mit schlanken Querschnitten in Regionen mit moderater Seismizität
Stahlbau, 2020

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Oppe, Matthias; Grün, Stefanie
Uber - Mission Bay Campus, San Francisco. Besondere Anforderungen an erdbebensichere Gebäudehüllen
Stahlbau, 2020

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