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Makroelement für unbewehrte Mauerwerkswandscheiben unter Erdbebeneinwirkung = Macroelement for unreinforced masonry shear walls under earthquake loading



Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Jin Park

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2012

UmfangX, 142 S. : graph. Darst.


Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2012

Prüfungsjahr: 2012. - Publikationsjahr: 2013. - Zsfassung in dt. und engl. Sprache


Genehmigende Fakultät
Fak03

Hauptberichter/Gutachter


Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2012-12-14

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-44225
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/211807/files/4422.pdf

Einrichtungen

  1. Lehrstuhl für Baustatik und Baudynamik (311810)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Erdbeben (Genormte SW) ; Mauerwerk (Genormte SW) ; Finite-Elemente-Methode (Genormte SW) ; Ingenieurwissenschaften (frei) ; nichtlinearer Nachweis (frei) ; Makroelement (frei) ; unreinforced masonry (frei) ; seismic design (frei) ; macroelement (frei) ; nonlinear FEM (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Der rechnerische Erdbebennachweis von unbewehrten Mauerwerksbauten kann mit den üblichen linearen Verfahren oft nicht erbracht werden, da diese eine ausreichende Nutzung der vorhandenen Tragwerksreserven nicht zulassen. Mit der Einführung der deutschen Ausgabe der europäischen Erdbebennorm DIN EN 1998-1 wird es jedoch auch in Deutschland möglich sein, nichtlineare Nachweismethoden, wie z.B. die verformungsbasierten Verfahren, anzuwenden. Diese erlauben eine realistischere Abschätzung der tatsächlichen Bauwerkskapazitäten. Grundvoraussetzung für die Anwendung dieser Verfahren ist, dass ein entsprechendes nichtlineares Berechnungsmodell zur Verfügung steht, mit dem das komplexe seismische Verhalten unbewehrter Mauerwerksbauten realitätsnah beschrieben werden kann. Für eine Anwendung im Rahmen einer praktischen Bauwerksanalyse ist zudem erforderlich, dass die schnelle Modellbildung und eindeutige Interpretierbarkeit der Ergebnisse gewährleistet sind. Besonders Makroelemente sind für diese Zwecke geeignet. Auch für Schubwände aus unbewehrtem Mauerwerk existieren bereits Makroelemente, die jedoch entweder das seismische Verhalten der Wand nur unzureichend widergeben oder für in Deutschland eher unübliche Mauerwerksbauweisen entwickelt wurden. In der vorliegenden Arbeit werden zwei Makroelemente vorgestellt, die für die realitätsnahe Beschreibung des seismischen Verhaltens unbewehrter Mauerwerkswandscheiben entwickelt wurden. Zielsetzung war es, eine möglichst praktische Elementstruktur zu finden, welche die typischen Versagensformen unbewehrter Mauerwerkswandscheiben unter zyklischer Schubbeanspruchung berücksichtigt. Darüber hinaus kam der Beschreibung der Wand-Decken Interaktion eine zentrale Bedeutung zu, da sich über diese die Einspannsituation der Wandscheibe definiert. Die Einspann- bzw. Lagerungssituation hat wiederum einen entscheidenden Einfluss auf das Trag- und Verformungsverhalten der Wand sowie auf das des gesamten Gebäudes. Für die beiden entwickelten Makroelemente wurden diesbezüglich zwei grundsätzlich verschiedene Ansätze verfolgt. Bei dem ersten Makroelement handelt es sich um ein doppel-T-förmiges Starrkörper-Feder Ersatzsystem, das die Wandgeometrie direkt abbildet und über Federelemente an die Geschossdecken angeschlossen ist. Das Schubtragverhalten des Elementes wird in Abhängigkeit der sich im Modell einstellenden Wand-Decken Interaktion beschrieben. Das zweite Makroelement weist hingegen eine linienförmige Struktur auf, in der die Wand-Decken Interaktion sowie das Biege- und Rotationsverhalten der Wand anhand eines Fasermodells beschrieben wird. Eine Evaluierung und der Vergleich der entwickelten Makroelemente erfolgen über simulierte Einzelwandversuche. Dabei zeigt sich, dass beide Elemente das seismische Verhalten unbewehrter Mauerwerkswandscheiben zutreffend abbilden. Zusätzlich werden mit dem ersten Makroelement Gebäudesimulationen im Rahmen einer Pushover-Analyse durchgeführt.

Successful verification of seismic safety of unreinforced mansonry buildings in Germany often necessitates application of nonlinear procedures (e.g. the deformation-based method), since the linear procedures provided by the European seismic design code do not allow for a sufficient utilization of the inherent structural reserves. However, this requires employment of numerical models that are capable of reproducing the seismic behavior of masonry buildings taking into account both the complex behavior of single shear walls and global interaction effects. Further-more, those models should allow for the quick modeling and seismic analysis of any given masonry structure. Macroelements are particularly well-suited for this purpose. In order to provide a tool for simple but integral assessment of standard German masonry buildings, two different macroelements for unreinforced masonry shear walls were developed and implemented into the finite-element program ANSYS. The macroelements follow different approaches to describe the load bearing and deformation behavior of masonry walls as well as the wall-slab interaction. The first macroelement is double-T-shaped and basically consists of three rigid beams. Their lengths correspond to the wall height and wall length. Thus the actual geometry of the respective wall is adopted. The macroelement is attached to the neighboring floor slabs via nonlinear springs with the wall-slab interaction directly affecting its load bearing behavior. The second macroelement is linear and consists of a series of rigid beams and nonlinear springs. It is attached to the floor slabs rigidly. The flexural behavior of the wall and the wall-slab interaction are regulated by rotational springs, the properties of which are defined through a fiber model analysis. These macroelements were then evaluated and compared on the basis of more than 50 single shear wall tests. Both elements proved capable of realistically simulating the seismic behavior of unreinforced masonry shear walls. In addition, the first macroelement was also used for a building simulation, demonstrating its capability as a proper simulation tool for the push-over analysis of masonry buildings.

Fulltext:
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Dokumenttyp
Dissertation / PhD Thesis

Format
online, print

Sprache
German

Interne Identnummern
RWTH-CONV-143744
Datensatz-ID: 211807

Beteiligte Länder
Germany

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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 2013-07-17, last modified 2022-04-22


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