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Die Erdbeben in Albstadt 1978 (Magnitude 5,7), Roermond 1992 (Magnitude 5,9) oder in Waldkirch 2004 (Magnitude 5,1) haben verdeutlicht, dass die erdbebensichere Auslegung von Mauerwerksbauten auch in Deutschland von großer Bedeutung ist. Bereits im Jahr 1981 wurde die DIN 4149 (1981) “Bauten in deutschen Erdbebengebieten – Lastannahmen, Bemessung und Ausführung üblicher Hochbauten“ eingeführt, in der aber für Mauerwerksbauten nur wenige Anforderungen gestellt wurden. Diese Norm wurde durch den NABau-Arbeitsausschuss “Erdbeben; Sonderfragen“ des Deutschen Instituts für Normung e.V. (DIN) auf Grundlage des Eurocode 8 (2004) vollständig überarbeitet und durch die DIN 4149 (2005) abgelöst, die umfangreiche Regelungen für die seismische Auslegung von Mauerwerksbauten enthält. Mittlerweile liegen die DIN EN 1998-1 (2010) und der Nationale Anhang DIN EN 1998-1/NA (2011) vor, die nach Einarbeitung der Ergebnisse der durchgeführten Anwendungserprobung bauaufsichtlich eingeführt und die DIN 4149 (2005) ersetzen werden. Der folgende Beitrag gibt einen Überblick über die seismische Berechnung und Bemessung von Mauerwerksbauten nach dem europäischen Regelwerk und illustriert deren Anwendung an einem baupraktischen Beispiel.
Die Erdbebensicherheit von Gebäuden aus Kalksandsteinmauerwerk ist aktuell nach DIN 4149 mit linearen Verfahren nachzuweisen. Dies führt in der praktischen Anwendung zu großen Problemen, da selbst traditionell übliche Grundrisse teilweise nicht mehr ohne zusätzliche Maßnahmen nachweisbar sind. Zur Lösung dieser Problematik wurden von der deutschen Mauerwerksindustrie auf nationaler und europäischer Ebene Forschungsprojekte initiiert, deren Ergebnisse in Form von statisch nichtlinearen Verfahren Eingang in den Nationalen Anhang zur DIN EN 1998-1 [12] gefunden haben. Mit den Verfahren wird die Nachweissituation zukünftig grundlegend verbessert, da mit diesen die Tragwerksreserven wesentlich besser ausgenutzt werden können. Im Folgenden wird die Anwendung der Verfahren am Beispiel einer Reihenhauszeile aus Kalksandsteinmauerwerk demonstriert. Der Nachweis der Reihenhäuser wurde im Rahmen einer Zustimmung im Einzelfall, die vom Bundesverband Kalksandsteinindustrie eV in Hannover koordiniert wurde, durch unabhängige Gutachter und die Bauaufsicht eingehend geprüft und für richtig befunden. Die Durchführung des Nachweises erfolgte auf Grundlage eines an der RWTH Aachen entwickelten neuen Nachweiskonzeptes. Die baupraktische Anwendbarkeit und einfache Nachvollziehbarkeit dieses Konzepts ist durch eine softwaretechnische Umsetzung sichergestellt.
Moderne Bauwerke müssen heute eine hohe energetische Leistungsfähigkeit aufweisen und gleichzeitig alle einwirkenden Lasten sicher abtragen. Dies stellt insbesondere in Erdbebengebieten hohe Anforderungen an die verwendeten Baustoffe. Am baupraktischen Beispiel einer Doppelhaushälfte wird demonstriert, dass die Symbiose aus energieeffizientem und gleichzeitig erdbebensicherem Bauen in der höchsten deutschen Erdbebenzone mit monolithischem Ziegelmauerwerk gut realisierbar ist. Als Ziegelmauerwerk werden für die Außenwände wärmetechnisch optimierte Hochlochziegel verwendet, die sowohl die Anforderungen der Energieeinsparverordnung 2009 als auch die Anforderungen an Mauerwerkbaustoffe nach den aktuellen Erdbebennormen erfüllen. Der Erdbebennachweis der Doppelhaushälfte erfolgt mit einem nichtlinearen Nachweisverfahren, das für eine einfache praktische Anwendung programmtechnisch umgesetzt wurde. Für den Nachweis wurden aus zyklischen Schubwandversuchen ermittelte Last-Verformungskurven verwendet. Das gesamte in Deutschland noch nicht normativ geregelte Nachweiskonzept wurde im Rahmen einer Zustimmung im Einzelfall geprüft und genehmigt.
Moderne Mauerwerksbauten müssen nach heutigen Anforderungen architektonisch, statisch, energetisch sowie schall- und brandschutztechnisch optimal ausgelegt sein. Aufgrund der Komplexität und engen Verzahnung der einzelnen Anforderungen ist eine integrale Gebäudeplanung zur Erzielung einer qualitativ hochwertigen Bauwerkslösung unbedingt notwendig. Diese erfordert von den Fachplanern vertieftes Spezialwissen in den verschiedenen Bereichen, um insbesondere die Schnittstellen und Bauwerksdetails korrekt zu planen und auszuführen. Der Beitrag stellt die integrale Gebäudeplanung am Beispiel eines Geschossbaus in Ziegelbauweise mit Lösungen für wesentliche Detailpunkte vor
Pseudo-dynamische Versuche an Reihenmittelhäusern – Vergleich mit aktuellen Berechnungsansätzen
(2008)
Mauerwerksbauten in Deutschland sind mit Einführung des nationalen Anwendungsdokuments DIN EN 1998-1/NA auf Grundlage einer neuen probabilistischen Erdbebenkarte nachzuweisen. Für erfolgreiche Erdbebennachweise üblicher Grundrissformen von Mauerwerksbauten stehen in dem zukünftigen Anwendungsdokument neue rechnerische Nachweismöglichkeiten zur Verfügung, mit denen die Tragfähigkeitsreserven von Mauerwerksbauten in der Baupraxis mit einem überschaubaren Aufwand besser in Ansatz gebracht werden können. Das Standardrechenverfahren ist weiterhin der kraftbasierte Nachweis, der nun mit höheren Verhaltensbeiwerten im Vergleich zur DIN 4149 durchgeführt werden kann. Die höheren Verhaltensbeiwerte basieren auf der besseren Ausnutzung der gebäudespezifischen Verformungsfähigkeit und Energiedissipation sowie der Lastumverteilung der Schubkräfte im Grundriss mit Ansatz von Rahmentragwirkung durch Wand-Deckeninteraktionen. Alternativ dazu kann ein nichtlinearer Nachweis auf Grundlage von Pushover-Analysen zur Anwendung kommen. Vervollständigt werden die Regelungen für Mauerwerksbauten durch neue Regelungen für nichttragende Innenwände und Außenmauerschalen. Der vorliegende Beitrag stellt die Grundlagen und Hintergründe der neuen rechnerischen Nachweise in DIN EN 1998-1/NA vor und demonstriert deren Anwendung an einem Beispiel aus der Praxis.
In this paper, a coupled multiphase model considering both non-linearities of water retention curves and solid state modeling is proposed. The solid displacements and the pressures of both water and air phases are unknowns of the proposed model. The finite element method is used to solve the governing differential equations. The proposed method is demonstrated through simulation of seepage test and partially consolidation problem. Then, implementation of the model is done by using hypoplasticity for the solid phase and analyzing the fully saturated triaxial experiments. In integration of the constitutive law error controlling is improved and comparisons done accordingly. In this work, the advantages and limitations of the numerical model are discussed.
Damage of reinforced concrete (RC) frames with masonry infill walls has been observed after many earthquakes. Brittle behaviour of the masonry infills in combination with the ductile behaviour of the RC frames makes infill walls prone to damage during earthquakes. Interstory deformations lead to an interaction between the infill and the RC frame, which affects the structural response. The result of this interaction is significant damage to the infill wall and sometimes to the surrounding structural system too. In most design codes, infill walls are considered as non-structural elements and neglected in the design process, because taking into account the infills and considering the interaction between frame and infill in software packages can be complicated and impractical. A good way to avoid negative aspects arising from this behavior is to ensure no or low-interaction of the frame and infill wall, for instance by decoupling the infill from the frame. This paper presents the numerical study performed to investigate new connection system called INODIS (Innovative Decoupled Infill System) for decoupling infill walls from surrounding frame with the aim to postpone infill activation to high interstory drifts thus reducing infill/frame interaction and minimizing damage to both infills and frames. The experimental results are first used for calibration and validation of the numerical model, which is then employed for investigating the influence of the material parameters as well as infill’s and frame’s geometry on the in-plane behaviour of the infilled frames with the INODIS system. For all the investigated situations, simulation results show significant improvements in behaviour for decoupled infilled RC frames in comparison to the traditionally infilled frames.
The sandfish (Scincus scincus) is a lizard having the remarkable ability to move through desert sand for significant distances. It is well adapted to living in loose sand by virtue of a combination of morphological and behavioural specializations. We investigated the bodyform of the sandfish using 3D-laserscanning and explored its locomotion in loose desert sand using fast nuclear magnetic resonance (NMR) imaging. The sandfish exhibits an in-plane meandering motion with a frequency of about 3 Hz and an amplitude of about half its body length accompanied by swimming-like (or trotting) movements of its limbs. No torsion of the body was observed, a movement required for a digging-behaviour. Simple calculations based on the Janssen model for granular material related to our findings on bodyform and locomotor behaviour render a local decompaction of the sand surrounding the moving sandfish very likely. Thus the sand locally behaves as a viscous fluid and not as a solid material. In this fluidised sand the sandfish is able to “swim” using its limbs.
Am 1. Oktober 2013 ist das auf drei Jahre angelegte EU-Forschungsprojekt INSYSME – Innovative Systeme für erdbebentaugliche Ausfachungswände aus Ziegelmauerwerk in Stahlbetonrahmentragwerken – gestartet. Unter der Koordination der Universität Padua beteiligen sich 16 Partner aus sechs europäischen Ländern (Deutschland, Griechenland, Italien, Portugal, Rumänien, Türkei). Als deutsche Partner nehmen die Arbeitsgemeinschaft Mauerziegel aus Bonn, die Universität Kassel sowie das Ingenieurbüro SDA-engineering GmbH aus Herzogenrath, teil. Ziel der deutschen Partner ist die Entwicklung von innovativen Ausfachungssystemen aus monolithischem wärmedämmenden Ziegelmauerwerk, mit denen nicht nur eine erhöhte Erdbebensicherheit, sondern auch die sichere Erfüllung der steigenden Anforderungen aus Windbeanspruchungen gewährleistet werden können. Die Forschungsergebnisse sollen vom Partner SDA-engineering GmbH in die bereits seit einigen Jahren verfügbare Softwarelösung MINEA [1] integriert werden. Weitere Informationen stehen auf den Websites des Projektes [2] zur Verfügung. Im vorliegenden Beitrag werden nach einer kurzen thematischen Einführung die Ergebnisse von Tastversuchen an senkrecht zur Ebene belasteten Ausfachungswänden aus Planziegelmauerwerk vorgestellt. Im Anschluss wird das geplante Arbeitsprogramm der deutschen Partner im Projekt INSYSME beschrieben.
EU-Projekt INSYSME : innovative Systeme für erdbebentaugliche Ausfachungswände aus Ziegelmauerwerk
(2014)
This paper proposes a quick and simplified method to describe masonry vaults in global seismic analyses of buildings. An equivalent macro-element constituted by a set of six trusses, two for each transverse, longitudinal and diagonal direction, is introduced. The equivalent trusses, whose stiffness is calculated by fully modeled vaults of different geometry, mechanical properties and boundary conditions, simulate the vault in both global analysis and local analysis, such as kinematic or rocking approaches. A parametric study was carried out to investigate the influence of geometrical characteristics and mechanical features on the equivalent stiffness values. The method was numerically validated by performing modal and transient analysis on a three naves-church in the elastic range. Vibration modes and displacement time-histories were compared showing satisfying agreement between the complete and the simplified models. This procedure is particularly useful in engineering practice because it allows to assess, in a simplified way, the effectiveness of strengthening interventions for reducing horizontal relative displacements between vault supports.
Silos generally work as storage structures between supply and demand for various goods, and their structural safety has long been of interest to the civil engineering profession. This is especially true for dynamically loaded silos, e.g., in case of seismic excitation. Particularly thin-walled cylindrical silos are highly vulnerable to seismic induced pressures, which can cause critical buckling phenomena of the silo shell. The analysis of silos can be carried out in two different ways. In the first, the seismic loading is modeled through statically equivalent loads acting on the shell. Alternatively, a time history analysis might be carried out, in which nonlinear phenomena due to the filling as well as the interaction between the shell and the granular material are taken into account. The paper presents a comparison of these approaches. The model used for the nonlinear time history analysis considers the granular material by means of the intergranular strain approach for hypoplasticity theory. The interaction effects between the granular material and the shell is represented by contact elements. Additionally, soil–structure interaction effects are taken into account.
Im Norden von Serbien erfolgt in Novi Sad der Neubau eines modernen Forschungsgebäudes für das BioSense-Institut mit finanzieller Unterstützung durch die Eu-ropäische Union. Der Gebäudeteil mit Laboren wird zum Schutz und zur Sicherstellung des reibungslosen Betriebs der sensiblen und kapitalintensiven technischen Einbauten mit ei-ner Erdbebenisolierung mit integrierter Körperschallisolation versehen. Zusätzlich wird der entkoppelte Laborteil des For-schungsgebäudes mit einem BIM-basierten Bauwerksmonito-ring versehen, um Änderungen des Gebäudezustands jederzeit abfragen und beurteilen zu können.
Monte Carlo Tree Search (MCTS) is a search technique that in the last decade emerged as a major breakthrough for Artificial Intelligence applications regarding board- and video-games. In 2016, AlphaGo, an MCTS-based software agent, outperformed the human world champion of the board game Go. This game was for long considered almost infeasible for machines, due to its immense search space and the need for a long-term strategy. Since this historical success, MCTS is considered as an effective new approach for many other scientific and technical problems. Interestingly, civil structural engineering, as a discipline, offers many tasks whose solution may benefit from intelligent search and in particular from adopting MCTS as a search tool. In this work, we show how MCTS can be adapted to search for suitable solutions of a structural engineering design problem. The problem consists of choosing the load-bearing elements in a reference reinforced concrete structure, so to achieve a set of specific dynamic characteristics. In the paper, we report the results obtained by applying both a plain and a hybrid version of single-agent MCTS. The hybrid approach consists of an integration of both MCTS and classic Genetic Algorithm (GA), the latter also serving as a term of comparison for the results. The study’s outcomes may open new perspectives for the adoption of MCTS as a design tool for civil engineers.
Recent earthquakes as the 2012 Emilia earthquake sequence showed that recently built unreinforced masonry (URM) buildings behaved much better than expected and sustained, despite the maximum PGA values ranged between 0.20–0.30 g, either minor damage or structural damage that is deemed repairable. Especially low-rise residential and commercial masonry buildings with a code-conforming seismic design and detailing behaved in general very well without substantial damages. The low damage grades of modern masonry buildings that was observed during this earthquake series highlighted again that codified design procedures based on linear analysis can be rather conservative. Although advances in simulation tools make nonlinear calculation methods more readily accessible to designers, linear analyses will still be the standard design method for years to come. The present paper aims to improve the linear seismic design method by providing a proper definition of the q-factor of URM buildings. These q-factors are derived for low-rise URM buildings with rigid diaphragms which represent recent construction practise in low to moderate seismic areas of Italy and Germany. The behaviour factor components for deformation and energy dissipation capacity and for overstrength due to the redistribution of forces are derived by means of pushover analyses. Furthermore, considerations on the behaviour factor component due to other sources of overstrength in masonry buildings are presented. As a result of the investigations, rationally based values of the behaviour factor q to be used in linear analyses in the range of 2.0–3.0 are proposed.
Objective: As high-field cardiac MRI (CMR) becomes more widespread the propensity of ECG to interference from electromagnetic fields (EMF) and to magneto-hydrodynamic (MHD) effects increases and with it the motivation for a CMR triggering alternative. This study explores the suitability of acoustic cardiac triggering (ACT) for left ventricular (LV) function assessment in healthy subjects (n=14). Methods: Quantitative analysis of 2D CINE steady-state free precession (SSFP) images was conducted to compare ACT’s performance with vector ECG (VCG). Endocardial border sharpness (EBS) was examined paralleled by quantitative LV function assessment. Results: Unlike VCG, ACT provided signal traces free of interference from EMF or MHD effects. In the case of correct Rwave recognition, VCG-triggered 2D CINE SSFP was immune to cardiac motion effects—even at 3.0 T. However, VCG-triggered 2D SSFP CINE imaging was prone to cardiac motion and EBS degradation if R-wave misregistration occurred. ACT-triggered acquisitions yielded LV parameters (end-diastolic volume (EDV), endsystolic volume (ESV), stroke volume (SV), ejection fraction (EF) and left ventricular mass (LVM)) comparable with those derived fromVCG-triggered acquisitions (1.5 T: ESVVCG=(56± 17) ml, EDVVCG=(151±32)ml, LVMVCG=(97±27) g, SVVCG=(94± 19)ml, EFVCG=(63±5)% cf. ESVACT= (56±18) ml, EDVACT=(147±36) ml, LVMACT=(102±29) g, SVACT=(91± 22) ml, EFACT=(62±6)%; 3.0 T: ESVVCG=(55±21) ml, EDVVCG=(151±32) ml, LVMVCG=(101±27) g, SVVCG=(96±15) ml, EFVCG=(65±7)% cf. ESVACT=(54±20) ml, EDVACT=(146±35) ml, LVMACT= (101±30) g, SVACT=(92±17) ml, EFACT=(64±6)%). Conclusions: ACT’s intrinsic insensitivity to interference from electromagnetic fields renders
Im Rahmen des europäischen Verbundprojekts INSYSME wurden von den deutschen Partnern die Systeme IMES und INODIS zur Verbesserung des seismischen Verhaltens von ausgefachten Stahlbetonrahmen entwickelt. Ziel beider Systeme ist es, Stahlbetonrahmen und Ausfachung zu entkoppeln, anstatt die Tragfähigkeit durch aufwendige und kostspielige zusätzliche Bewehrungseinlagen zu erhöhen. Erste Ergebnisse des Systems IMES für Belastungen in und senkrecht zu der Wandebene werden vorgestellt.
Past earthquakes demonstrated the high vulnerability of industrial facilities equipped with complex process technologies leading to serious damage of process equipment and multiple and simultaneous release of hazardous substances. Nonetheless, current standards for seismic design of industrial facilities are considered inadequate to guarantee proper safety conditions against exceptional events entailing loss of containment and related consequences. On these premises, the SPIF project -Seismic Performance of Multi-Component Systems in Special Risk Industrial Facilities- was proposed within the framework of the European H2020 SERA funding scheme. In detail, the objective of the SPIF project is the investigation of the seismic behaviour of a representative industrial multi-storey frame structure equipped with complex process components by means of shaking table tests. Along this main vein and in a performance-based design perspective, the issues investigated in depth are the interaction between a primary moment resisting frame (MRF) steel structure and secondary process components that influence the performance of the whole system; and a proper check of floor spectra predictions. The evaluation of experimental data clearly shows a favourable performance of the MRF structure, some weaknesses of local details due to the interaction between floor crossbeams and process components and, finally, the overconservatism of current design standards w.r.t. floor spectra predictions.
Die PIA GmbH prüft seit fast 8 Jahren die Standsicherheit von Behältern für Kleinkläranlagen. Diese bestehen in der Regel aus Kunststoff oder Beton und müssen über ihre gesamte Lebensdauer den Beanspruchungen aus Handhabung, Einbau und Betrieb standhalten. Die Standsicherheit kann nach EN 12566 wahlweise durch einen rechnerischen Nachweis oder durch einen praktischen Nachweis wie die Bruchlastprüfung oder die Prüfung in der Grube erfolgen.
A refined substructure technique in the frequency domain is developed, which permits consideration of the interaction effects among adjacent containers through the supporting deformable soil medium. The tank-liquid systems are represented by means of mechanical models, whereas discrete springs and dashpots stand for the soil beneath the foundations. The proposed model is employed to assess the responses of adjacent circular, cylindrical tanks for harmonic and seismic excitations over wide range of tank proportions and soil conditions. The influence of the number, spatial arrangement of the containers and their distance on the overall system's behavior is addressed. The results indicate that the cross-interaction effects can substantially alter the impulsive components of response of each individual element in a tank farm. The degree of this impact is primarily controlled by the tank proportions and the proximity of the predominant natural frequencies of the shell-liquid-soil systems and the input seismic motion. The group effects should be not a priori disregarded, unless the tanks are founded on shallow soil deposit overlying very stiff material or bedrock.
Verformungsbasierter seismischer Nachweis von Mauerwerksbauten mit der Kapazitätsspektrum-Methode
(2005)
Die erdbebensichere Auslegung von erdverlegten Rohrleitungssystemen ist von wesentlicher Bedeutung zur Sicherstellung der Funktionalität der Versorgungsinfrastruktur nach einem Erdbebenereignis. Zur Vermeidung von Netzausfällen ist es erforderlich, die räumlich weit ausgedehnten Leitungssysteme mit geeigneten rechnerischen Modellen seismisch zu bemessen. Der vorliegende Beitrag behandelt die Beanspruchung von Rohrleitungssystemen durch seismische Welleneinwirkung und stellt geeignete Näherungsansätze und ein detailliertes Rechenmodell für seismische Leitungsanalysen vor. Mit den Ansätzen wird in Berechnungsbeispielen der Einfluss wesentlicher Parameter auf die seismisch induzierten Dehnungen in Rohrleitungssystemen untersucht.