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Beitrag zur Auslegung von Industrieanlagen auf seismische Belastungen = Contribution to seismic design of industrial facilities / vorgelegt von Britta Holtschoppen



ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2009

UmfangX, 135 S. : Ill., graph. Darst., Kt.


Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2009

Zusammenfassung in dt. und engl. Sprache


Genehmigende Fakultät
Fak03

Hauptberichter/Gutachter


Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2009-06-09

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-28506
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/51130/files/Holtschoppen_Britta.pdf

Einrichtungen

  1. Lehrstuhl für Baustatik und Baudynamik (311810)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Erdbeben (Genormte SW) ; Industrieanlage (Genormte SW) ; Interaktion (Genormte SW) ; Baudynamik (Genormte SW) ; Ingenieurwissenschaften (frei) ; Sekundärstrukturen (frei) ; Kapazitätsspektrum-Methode (frei) ; earthquake engineering (frei) ; industrial facilities (frei) ; secondary structures (frei) ; capacity spectrum method (frei) ; interaction effects (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Industrieanlagen weisen im Erdbebenfall aufgrund der hohen Wertzusammenkunft und der unter Umständen weiträumigen Schadensauswirkungen ein erhöhtes Schadensrisiko im Vergleich zu üblichen Hochbauten auf. Bei der seismischen Auslegung solcher Industrieanlagen sind sowohl das Tragwerk (Primärstruktur) als auch nichttragende verfahrenstechnische und architektonische Bauteile (Sekundärstrukturen) zu berücksichtigen. Die vorliegende Dissertation erarbeitet für beide Bereiche integrierte Bemessungskonzepte. Für die Untersuchung der Tragstruktur wird auf die bekannte Kapazitätsspektrum-Methode zurückgegriffen, da mittels dieses verformungsbasierten, nichtlinear-statischen Bemessungsver-fahrens nicht nur in einfacher Weise eine verhaltensorientierte Bemessung des Tragwerks ermöglicht wird, sondern auch Grenzwerte relativer Verschiebungen für die Auslegung von verformungssensitiven Sekundärstrukturen wie Rohrleitungen und schlanken Kolonnen festge-legt werden können. Aufgrund der besonderen Situation im Anlagenbau (z.B. bezüglich stark unregelmäßiger Massenverteilungen in Grund- und Aufriss, bezüglich des Einflusses höherer Eigenformen auf das Gesamtschwingverhalten oder bezüglich der numerischen Modellierung bestehender Anlagen) ergeben sich bei der Anwendung des bekannten Verfahrens Schwierigkei-ten. Hierfür werden eingehende Lösungskonzepte erarbeitet und anhand eines Anwendungsbeispiels veranschaulicht. Der Auslegung beschleunigungssensitiver Sekundärstrukturen wie Behälter und punktförmige Aggregate kommt im Rahmen der erdbebensicheren Auslegung einer Industrieanlage besondere Bedeutung zu, da seismisch induzierte Schäden an oder durch nichttragende Bauteile die Primärschäden am Tragwerk oftmals weit übersteigen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden bestehende normative Bemessungsansätze für nichttragende Bauteile analysiert. Es wird nachgewiesen, dass die gebräuchlichen vereinfachten Ansätze für Sekundärstrukturen in den typischen weichen Stahlrahmenkonstruktionen des Anlagenbaus unzureichend sind, da insbe-sondere verstärkende Effekte aus Resonanz des nichttragenden Bauteils mit höheren Eigenformen des Tragwerks nicht berücksichtigt werden. Stattdessen wird aus der Interpretation von Etagenspektren ein alternatives kraftbasiertes Bemessungskonzept entwickelt, das die Interaktion zwischen Sekundärstruktur und Tragwerk über das Verhältnis ihrer Eigenperioden berücksichtigt. Das Konzept wird anhand umfangreicher parametrisierter Zeitverlaufsberech-nungen validiert. Der Bemessungsvorschlag ist einfach anzuwenden und führt bei ausreichendem Sicherheitsniveau zu wirtschaftlichen Dimensionierungen.

Industrial facilities must be thoroughly designed to withstand seismic action as they exhibit an increased loss potential due to the possibly wide-ranging damage consequences and the valuable process engineering. The design must consider both the primary structure and the architectural or technical secondary structures. In this work integrated design concepts are developed for both parts. Regarding the load carrying system (primary structure) the design approach is based on the well-established nonlinear-static capacity spectrum method. The method is expanded to consider the unique situation in plant engineering in respect of large eccentricities between the floor mass- and stiffness centres, the influence of higher vibration modes and the numeric modelling of existing structures. As it is a displacement based design procedure it directly provides maximum expected relative displacements for the design of deformation-sensitive secondary structures like pipes and multi-storey distillation columns. It facilitates performance based design which can easily be used to optimize the structure in order to minimise repair costs and possible down time in case of minor earthquakes. The design concept is illustrated by an application example of a typical production unit. Studies of past earthquakes have shown that in highly industrialised regions the damage of or because of secondary structures can widely exceed the primary damage. Several international codes and standards offer simplified design approaches to cover non-structural components. These design expressions are analysed, and it is shown, that they are not sufficiently general for the most typical practical cases in plant engineering. To amend this, an alternative design approach is developed interpreting the characteristics of floor spectra. The new approach takes the natural periods of the primary and the secondary structure into account and realistically considers the amplification effects of resonance of the non-structural component with higher vibration modes of the primary structure. The concept is validated by comprehensive numerical parameter studies. It furnishes easy-to-use design expressions which can be universally applied to acceleration-sensitive non-structural elements, leading to cost-efficient design alternatives.

Fulltext:
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Dokumenttyp
Dissertation / PhD Thesis

Format
online, print

Sprache
German

Externe Identnummern
HBZ: HT015995039

Interne Identnummern
RWTH-CONV-113445
Datensatz-ID: 51130

Beteiligte Länder
Germany

 GO


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The record appears in these collections:
Document types > Theses > Ph.D. Theses
Faculty of Civil Engineering (Fac.3)
Publication server / Open Access
Public records
Publications database
311810

 Record created 2013-01-28, last modified 2022-04-22


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