Nichtlinearer Nachweis von unbewehrten Mauerwerksbauten unter Erdbebeneinwirkung

Gellert, Christoph; Meskouris, Konstantin

doi:3549

Nichtlinearer Nachweis von unbewehrten Mauerwerksbauten unter Erdbebeneinwirkung = Nonlinear seismic safety verification of unreinforced masonry buildings

Gellert, Christoph (Author)

2010 & 2011

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Christoph Gellert

Ausgabe1. Aufl.

ImpressumAachen : Klinkenberg 2010

UmfangVII, 157 S. : Ill., graph. Darst., Kt.

ISBN978-3-941704-11-4

ReiheMitteilungen des Lehrstuhls für Baustatik und Baudynamik, Fakultät für Bauingenieur- und Vermessungswesen, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen ; 19 = 10/2

Zugl.: Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2010

Druckausgabe: 2010. - Onlineausgabe: 2011

Genehmigende Fakultät
Fak03

Hauptberichter/Gutachter
Meskouris, Konstantin (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2010-12-23

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-35499
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/64154/files/3549.pdf

Einrichtungen

Lehrstuhl für Baustatik und Baudynamik (311810)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Erdbeben (Genormte SW) ; Mauerwerk (Genormte SW) ; Baudynamik (Genormte SW) ; Ingenieurwissenschaften (frei) ; Mauerwerk (frei) ; Erdbebenbelastung (frei) ; Erdbebensicherheit (frei) ; Berechnung (frei) ; earthquake (frei) ; seismic design (frei) ; unreinforced masonry (frei) ; pushover analysis (frei) ; deformation-based verification procedure (frei) ; masonry buildings (frei) ; wall-slab interaction (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Unbewehrte Mauerwerksbauten sind aufgrund ihrer materialspezifischen Eigenschaften besonders anfällig für Beanspruchungen durch Erdbeben. Der Nachweis stellt eine besondere Herausforderung für den Tragwerkplaner dar, da eine Berechnung auf Grundlage üblicher linearer Ansätze die real vorhandenen Tragfähigkeiten von Mauerwerksbauten nicht annähernd abbilden kann. Mit der bevorstehenden bauaufsichtlichen Einführung der DIN EN 1998, die die DIN 4149 als Erdbebennorm ersetzten wird, besteht künftig zusätzlich die Möglichkeit, den Erdbebennachweis mit nichtlinearen Nachweisverfahren zu führen. In dieser Arbeit werden die unterschiedlichen Möglichkeiten der Nachweisführung aufgezeigt und hinsichtlich ihrer Eignung in der Anwendung auf unbewehrte Mauerwerksbauten bewertet. Ziel ist es, ein geeignetes Nachweiskonzept zu finden, mit dem der seismische Nachweis unter Berücksichtigung der mauerwerkspezifischen nichtlinearen Tragwerksreserven geführt werden kann. Hierfür wird ein auf die für Deutschland übliche Bauweise zugeschnittenes verformungsbasiertes Nachweisverfahren vorgestellt, mit dem der Nachweis auf Grundlage von zyklischen Last-Verformungskurven einzelner Mauerwerkswände durchgeführt wird. Neben der Entwicklung eines geeigneten Tragwerksmodells steht dabei die Herleitung analytischer Ansätze zur Ermittlung der nichtlinearen Last-Verformungskurven der Mauerwerkswände im Vordergrund. Auf Grundlage zyklischer Schubwandversuche wird in dieser Arbeit ein Ansatz zur Berechnung nichtlinearer Last-Verformungskurven von unbewehrten Mauerwerksscheiben entwickelt. Die festgelegten Endverformungswerte des Ansatzes wurden bereits in den Nationalen Anhang der DIN EN 1998 übernommen. Die Anwendung des Verfahrens im Rahmen von zwei Zustimmungen im Einzelfall und die erfolgreiche bauaufsichtliche Prüfung zeigen, dass damit alle Voraussetzungen für eine Anwendung des Verfahrens in der Praxis geschaffen wurden. Anhand linearer und nichtlinearer Vergleichsrechnungen werden im Rahmen einer Variantenberechnung an insgesamt 12 Tragwerken mit 252 Tragwerksvarianten Ansätze zur pauschalen Erfassung nichtlinearen Tragfähigkeitsreserven diskutiert und bewertet. Zum Einsatz kommen hierbei lineare Nachweisverfahren aus aktuellen und zukünftigen Mauerwerksnormen sowie das vorgestellte verformungsbasierte Nachweisverfahren. Insbesondere die Berücksichtigung der nichtlinearen Wechselwirkungen zwischen Schubwandscheiben und Deckenplatten stehen im Vordergrund der Untersuchungen. Hierfür werden ergänzende Untersuchungen an einem detailgetreuen dreidimensionalen Tragwerksmodell durchgeführt und daraus Empfehlungen für vereinfachte Tragwerksmodelle abgeleitet.

Due to their specific material behavior, unreinforced masonry buildings are highly earthquake prone. The standard procedures for seismic safety verification of masonry buildings according to the German Seismic Building Code DIN 4149 are traditionally based on a linear design concept. This approach involves major difficulties, even for buildings which have already proven their stability in past earthquakes. With the upcoming introduction of the new German Seismic Building Code DIN EN 1998, replacing the existing DIN 4149, seismic safety verification based on a new generation of innovative nonlinear design concepts, taking into account nonlinear bearing reserves, will henceforth be possible. In order to develop a capable procedure for unreinforced masonry buildings, different procedures to seismic safety verification are introduced and compared. Taking into account typical German architecture, a new displacement-based verification procedure is introduced based on nonlinear cyclic capacity curves of single masonry shear walls. Besides the elaboration of an appropriate modeling strategy, especially a new analytical approach to determine the bilinear approximation of single shear wall capacity curves is derived. The herewith presented bilinear approach for unreinforced masonry shear walls relies on the evaluation of several experimental results of cyclic shear wall tests. The determined values for the end deformation have already been included into the national annex of DIN EN 1998 and are meanwhile available for nonlinear verification with deformation-based procedures. The introduced verification procedure and its application to two different typical residential buildings have been successfully verified by the national building authorities, opening new opportunities for unreinforced masonry constructions in Germany. Different approaches to comprise the global nonlinear bearing reserves are discussed and evaluated by means of linear and nonlinear calculations carried out on 12 different ground floors with overall 252 building variants. Therefore, verification procedures of present and future codes are applied as well as the herewith introduced displacement-based verification procedure in combination with the new bilinear approximation. The calculations focus on the nonlinear interaction between shear walls and slabs which decisively affects the nonlinear bearing capacity of unreinforced masonry buildings. Thus, additional studies with a detailed three-dimensional model are carried out to derive simplified rules regarding these interaction effects.

Fulltext:
PDF