13_2_seizmicki proracun en 1998-1

Metalne konstrukcije III – 13. predavanjeProf. Dr. Sc. Darko Dujmović

Sveučilište u Zagrebu/Građevinski fakultet/ Zavod za konstrukcije/ Katedra za metalne konstrukcije http://www.grad.unizg.hr/predmet/metkon3

Otpornost čeličnih konstrukcija

kod potresa 2

http://www.grad.unizg.hr/predmet/metkon3

Prof.dr.sc. Darko Dujmović

Građevinski fakultet ZagrebZavod za konstrukcijeKatedra za metalne konstrukcije http://www.grad.unizg.hr/predmet/metkon3

2

Metalne konstrukcije III – 13. predavanjeSeizmički proračunProf. dr. sc. Darko Dujmović

Obrađuju se osnovni pojmovi vezani uz potresno inženjerstvo.

Razmatra se konceptualno projektiranje za otpornost konstrukcija zgrada

pri potresu.

Literatura:

Predavanje

Čaušević, M.: Dinamika konstrukcija

Potresno inženjerstvo – Aerodinamika – Konstrukcijske euronorme

Golden marketing -Tehnčka knjiga, Zagreb, 2010.

Svrha/područje današnjeg predavanja:




3


Proračun nosivosti (kapaciteta) konstrukcije za slučaj potresa (EN 1998)

Primjeri iz prakse

Numerički primjer

Sadržaj današnjeg predavanja:




4


Horizontalnim silama pružaju otpornost elementi koji imaju krutost na

savijanje

Zone gubitka energije bazirane su u području plastičnih zglobova nosača

(prečke) ili u spoju nosač-stup

Zone gubitka energije mogu također biti smještene u stupovima:

- kod priključka stupa na temelj

- na vrhu stupa gornjih katova okvira

- na vrhu i dnu stupa portalnog okvira kod kojeg je:Ed

pl,Rd

0,3N

N

Okvirni sustavi




5


Capacity design (engleski)

Kapazitätsbemessung (njemački)

Osnovni principi

- zone plastifikacije ne nastaju slučajno, planiraju se mjesta gdje mogu

nastati a gdje ne smiju.

- odabiru se podobni mehanizmi za razgradnju seizmičke energije

- postoji jasna “hijerarhija” otpornosti pojedinih elemenata

- Kapacitet nosivosti elemenata treba uskladiti

- Plastificirane zone se dimenzioniraju tako da “lokalna duktilnost” rezultira “duktilnosti pomaka” globalnog sustava.

Proračun nosivosti (kapaciteta) konstrukcije za slučaj potresa (EN

1998)




6


Zone gubitka energije u nosačima (plastični zglobovi):

Objašnjenje VEd,G - poprečna sila uslijed vertikalnog (gravitacijskog)

opterećenja (bez učinka potresa)

- VEd,M= (Mpl,Rd,A+Mpl,Rd,B) / L (od potresa)

- Bočno pridržanje u zonama gubitka energije (na krajevima raspona L)

Ed

pl,Rd

1,0M

M Ed

pl,Rd

0,15N

N

VEd,G

Mpl,Rd,A M

pl,Rd,B

VEd,G V

Ed,MV

Ed,MVEd

Mpl,Rd,A

Mpl,Rd,B

VEdL

L L

Ed

pl,Rd

0,5V

V

Ed Ed,G Ed,MV V V

Okvirni sustavi




7


Presjeci povećavaju čvrstoću radi:

a) čvrstoća materijala veća od nominalne vrijednosti

b) Povećana čvrstoća presjeka

Okviri - plastični zglobovi formiraju se u nosačima

- stupovi u okvirima nemaju mogućnost razgradnje energije, tako

da ukupni NEd glasi:

ov 1,25

pl,Rd

Ed

1,0M

M

Ed Ed,G ov Ed,E1,1N N N vrijedi isto za MEd i VEd

učinak

gravitacijskog

djelovanja

faktor pouzdanosti

povećanje

čvrstoće

materijala

učinak potresa

povećanje čvrstoće presjeka

Povećanje čvrstoće kod elemenata bez razgradnje energije




8


Stupovi:Ed Ed,G ov Ed,E

Ed Ed,G ov Ed,E

Ed Ed,G ov Ed,E

1,1

1,1

1,1

N N N

M M M

V V V

j pl,Rd,i Ed,i/M M

Ed

pl,Rd

0,5V

V

Proračun elemenata kod kojih je moguć gubitak energije

Proračun elemenata kod kojih nije moguć gubitak energije

Bez potresa S potresom

Okvirni sustavi




9


Priključci kod kojih je moguć gubitak energije:

- eksperimentalni dokaz kapaciteta rotacije

- fleksibilnost priključaka proračunata za analizu?

Priključci kod kojih nije moguć gubitak energije: povećanje čvrstoće preko

elemenata koji se priključuju

- smanjenje čvrstoće nosača - povećanje čvrstoće priključka

Sposobnost (kapacitet) rotacije priključka nosač-stup:

ne manji od - 0.035 rad za DCH

- 0.025 rad za DCM

- progib nosača u sredini

L – raspon nosača

p0,5 L

Okvirni sustavi




10


Horizontalne se sile preuzimaju uglavnom elementima u kojima su

uzdužne sile

Zone gubitka energije moraju biti uglavnom smještene u vlačnim

dijagonalama

Tipovi vezova:

- aktiviraju se samo vlačne dijagonale

- V- vezovi kod kojih se uzimaju u obzir vlačne i tlačne dijagonale

- K - vezovi kod kojih se dijagonale sijeku na stupovima ne smiju se

primijeniti

Okvir s centričnim vezovima




11


Vezovi moraju biti smješteni tako da konstrukcija polučuje slične krutosti i čvrstoće u suprotnim smjerovima.





12


Analiza:

- u uvjetima gravitacijskog opterećenja, samo nosači i stupovi

preuzimaju to opterećenje.

- kod okvira s dijagonalnim vezovima, uzimaju se u obzir samo vlačne

dijagonale.

- kod okvira s V-vezovima, uzimaju se u obzir vlačne i tlačne dijagonale

Dimenzioniranje vezova:

- ograničenje vitkosti kod X – vezova

- ograničenje vitkosti kod V – vezova

- čvrstoća bruto presjeka dijagonale:

0,23,1

0,2

pl,Rd EdN N





13


Dimenzioniranje nosača i stupova

Nosači u okvirima s V-vezom dimenzioniraju se:

- sva neseizmička djelovanja bez uzimanja u obzir oslonca kojeg čine

dijagonale

- pojednostavljeno dimenzioniranje

-

Ed Ed,G ov Ed,E

Ed Ed,G ov Ed,E

i pl,Rd,i Ed,i

1,1

1,1

/

N

N

N

N N N

M M M

N N

Npl,Rd

0.3Npl,Rd





14


Horizontalne sile preuzimaju se pomoću elemenata s uzdužnim silama

Ekscentričnost priključaka nosač-vez je takva da se energija gubi u “seizmičkoj sponi” pomoću cikličkog savijanja ili cikličkog posmika





15


Seizmičke spone (linkovi)





16


Kratki linkovi (plastične deformacije od posmika)

Dugi linkovi (plastične deformacije od savijanja)

Srednji linkovi (plastične deformacije od posmika i savijanja)

pl,link

pl,link

1,6M

eV

pl,link

pl,link

3,0M

eV

pl,link pl,link

pl,link pl,link

1,6 3,0M M

eV V

Seizmičke spone




17


Detailing:

- stiffeners

- lateral supports

Okvir s ekscentričnim vezovima




18


Elementi koji nemaju seizmičke spone (stupovi, vezovi, nosači):

Kratke spone:

Srednje i duge spone:

Ed Ed,G ov Ed,E

Ed Ed,G ov Ed,E

Ed Ed,G ov Ed,E

1,1

1,1

1,1

M M N

M M M

V V V

i pl,link,i Ed,i1,5 /V V V

i pl,link,i Ed,i1,5 /M M M

Okvir s ekscentričnim vezovima




19


Ojačanje priključka

Oslabljenje nosača

Mjere za izbjegavanje plastičnih zglobova u stupovima




20


OPERATIONAL

FULLY

OPERATIONAL

LIFE

SAFE

NEAR

COLLAPSE

EARTHQUAKE PERFORMANCE LEVEL

EA

RT

HQ

UA

KE

DE

SIG

N L

EV

EL

VERY RARE

(970 years)

(475 years)

RARE

(72 years)

OCASIONAL

(43 years)

FREQUENT

PEROFRMANCE(FOR NEW CONSTRUCTION)

UNACCEPTABLEBASIC OBJECTIVES

ESSENTIAL/HAZARDOUS OBJECTIVES

CRITICAL OBJECTIVES

DISPLACEMENT

FO

RC

E

A

BC

D E

IO LSCP IO - Immediate Occupancy

LS - Life Safe

CP - Collapse Prevention

Performance-based design (PBD)

– SEAOC

– FEMA

– ATC

Analysis and design methods

– Non-linear static

– Displacement-based design (N2)

– Capacity design

Suvremena daljnja istraživanja




Primjeri iz prakse




22


Oštećeni vezovi dok je konstrukcija sačuvana

Primjeri iz prakse




23


Razgradnja seizmičke energije na dnu stupa koji nije doživio lom

Primjeri iz prakse




24


Lom presjeka uslijed ekstremnih seizmičkih sila

Primjeri iz prakse




25


AB – stupovi otkazali u ravnini katova gdje su priključene krute dijafragme (stropovi)

Primjeri iz prakse




26


Zgrada u Mexico City s 21 katom. Djelomično urušena i velika oštećenja. K-stabilizacija bez duktilnosti.

Primjeri iz prakse




27


Zgrade spojene bez razmaka. Otkazivanje kata veće zgrade radi različitih visina i dinamičkih karakteristika zgrada

Primjeri iz prakse




28


Poprečna seizmička sila najveća je na dnu zgrade. Međutim različite čvrstoće, mase i krutosti mogu dovesti do otkazivanja viših katova (“top down failure”).

Primjeri iz prakse




29


Za vrijeme gradnje potres nije oštetio čeličnu konstrukciju

(Los Angeles- visoka seizmičnost)

Primjeri iz prakse




30


Kolaps uslijed otkazivanja tla, zrnato zasićeno tlo.

Primjeri iz prakse




31


Prevrtanje temelja, najvjerojatnije započeto otkazivanjem nosivosti tla

Primjeri iz prakse




32


Uslijed likvefakcije ili konsolidacije tla može doći do većeg slijeganja tla. Cijelo prizemlje zgrade je potonulo ispod razine cesta, zgrada nije doživjela kolaps.

Primjeri iz prakse




33


Neki stupovi prizemlja su otkazali uslijed “mekanog” prvog kata i horizontalnog torzijskog učinka.

Primjeri iz prakse




34


Ploča ne djeluje uvijek kao horizontalno kruta posmična dijafragma. To se dogodilo u zgradi škole u Anchorage (Alaska)

Primjeri iz prakse




35


Paneli fasade otpali su uslijed potresa i prouzročili su veliku štetu. Priključci panela nisu bili “duktilni”.

Primjeri iz prakse




36


Uređaji (baterije) koji upravljaju sustavom evakuacije bolnice nakon potresa su uništeni. Posljedica: mnogi pacijenti izgubili živote.

Primjeri iz prakse




37


Urušena fasada predstavlja veliku opasnost (Mexico City)

Primjeri iz prakse




38


Rezervoar s vodom kao “dodatak” zgradi ponaša se lože pri potresu. To pokazuje i analiza dinamičkog odgovora. Učinak diskontinuiteta priključka rezervoara na zgradu – velika koncentracija napona.

Primjeri iz prakse




39


Ovješena fasada (curtain wall) nije u stanju svladati različite pomake katova na koje je priključena

Primjeri iz prakse




40


Tipičan “X lom” zidane škole u Alaski pokazuje učinke promjene smjera horizontalnih posmičnih sila kod potresa.

Primjeri iz prakse




41


Priključak zida na stup ima učinak koncentracije posmika po kratkoj dužini stupa. Otkazivanje u posmiku (krti lom) umjesto otkazivanja pri savijanju (duktilni lom). To je učinak “kratkog stupa”.

Primjeri iz prakse




42


Način otkazivanja elementa veza izvedenog od 2L 80 x 8 ( = 145). Element je podvrgnut naprezanju tlak-vlak. Nakon ispitivanja kutnicisu odvojeni.

Primjeri iz prakse




43


Način otkazivanja elemenata veza pod učestalim promjenama napona. Oblik presjeka ukazuje na bočno torzijsko izvijanje i lokalni instabilitet (otpornost na tlak).

Primjeri iz prakse




44


Jako izobličenje pojaseva (H I Iprofili) izaziva (inducira) torzijsko zakretanje. Ono je povezano s malim opterećenjem koje se javlja pri čistom izvijanju savijanjem. Ovaj učinak vjerojatno doprinosi nešto slabijem ponašanju takvih torzijski slabih presjeka.

Primjeri iz prakse




45


Sandučasti presjeci su torzijski kruti i prema tome manje podložni bočno torzijskom izvijanju.

Primjeri iz prakse




46


Dijagonalno ukrućenje hrpta stupa smanjuje mogućnost razgradnje energije, povećava čvrstoću. To dovodi do krtog otkazivanja koje se događa kod maksimalnog opterećenja.

Primjeri iz prakse




47


Ukrućenja hrptova stupova kontrolira deformacije uslijed vlačne sile vijaka u kutniku, te se povećava otpornost priključka. Otpornost povećava i trokutasto ukrućenje kutnika.

Primjeri iz prakse




48


Dodavanjem ukrućenja hrpta nosača smanjuje se gubitak energije i povećava se otpornost. Povećanjem debljine priključne ploče nosača poboljšava se razina opterećenja, ali ne dovoljno za razgradnju seizmičke energije.

Primjeri iz prakse




49


Deformacije bez ukrućenja nosača.

Primjeri iz prakse




50


Ukrućenja hrpta stupa smanjuju razgradnju energije i povećavaju razinu opterećenja.

Primjeri iz prakse




Numerički primjer


13_2_seizmicki proracun en 1998-1

Documents