Pseudodynamische Versuche an Tragwerken mit - ETH E
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1. Pour ce type d essai les autres techniques utilisent des simulateurs de s ismes les tables vibran tes que peu de laboratoires dans le monde poss dent En revanche les essais pseudody namiques peuvent tre effectu s avec l quipement usuel des laboratoires de g nie civil Les essais pseudodynamiques sont pourtant souvent consid r s comme tant trop com pliqu s et astreignants Les travaux de recherche actuels dans le domaine de l ing nierie parasismique montrent cependant que des essais dynamiques sont n cessaires pour d crire et pr voir le comportement dynamique des structures soumises de grandes d formations plastiques Plusieurs essais avec d importantes variations de rigidit dues la fissuration du b ton et la plastification de l acier ont d j t effectu s en particulier San Diego USA l ISPRA Italie et Tsukuba Japon Toutefois peu de publications traitent de l appli cation de la m thode ces conditions extr mes Pour combler cette lacune ce travail adapte la m thode pseudodynamique en se basant avant tout sur les publications de P B Sching M Nakashima et O S Bursi Les r sultats d essais effectu s par l auteur ont t utilis s pour examiner l influence des param tres exp rimentaux et num riques ain si que les effets des erreurs engendr es par l algorithme ou par les impr cisions exp ri mentales Le but du travail est d tablir un mode d emploi pour la r alisa2. of experi ment include technically high quality earthquake simulators so called shake tables They are available only in relatively few laboratories in the world However pseudody namic tests can be carried out with means that are available in many civil engineering laboratories Nevertheless pseudodynamic tests are often considered being too complicated and re quiring too much effort Yet the current research in earthquake engineering shows that dynamic tests are necessary to describe and predict the dynamic behavior of structured with large plastic deformations Up to now several tests have been conducted with specimens exhibiting large changes in stiffness due to concrete cracking and steel yielding particularly in San Diego USA Ispra Italy and Tsukuba Japan But so far there are hardly any publications preparing the pseudodynamic testing method for these conditions To fill this gap this work sys tematically works up the pseudodynamic testing method mainly based on publications of P B Shing M Nakashima and O S Bursi Using results of own tests the influence of numerical and experimental parameters as well as the effects of due to the algorithm or due to experimental inaccuracy are examined The center of the work are instructions to conduct pseudodynamic tests with large changes in stiffness and multiple degrees of freedom A chosen algorithm is slightly modified for an improved behavior under these conditions All para
3. DISS ETH Nr 13741 Pseudodynamische Versuche an Tragwerken mit groBen Steifigkeits nderungen und mehreren Freiheitsgraden ABHANDLUNG zur Erlangung des Titels DOKTOR DER TECHNISCHEN WISSENSCHAFTEN der EIDGENOSSISCHEN TECHNISCHEN HOCHSCHULE Z RICH vorgelegt von Klaus Thiele Dipl Ing Technische Hochschule Darmstadt Deutschland M E Sc University of Western Ontario London Kanada geboren am 17 6 1967 in Darmstadt Deutschland Angenommen auf Antrag von Professor Dr Hugo Bachmann Referent Professor Dr Marc Badoux Korreferent Professor Dr Ekkehard Fehling Korreferent 2000 Kurzfassung Die Pseudodynamik ist eine moderne und effiziente Versuchstechnik zur Ermittlung der Antwort einer Struktur unter starker dynamischer insbesondere unter Erdbeben einwirkung Mit dieser Technik wurden weltweit bereits zahlreiche verschiedene Ver suche durchgef hrt Diese schlie en Versuche an mehrst ckigen Geb uden im Ma stab 1 1 Versuche an skalierten Strukturelementen von Geb uden und Br cken sowie drei dimensionale Versuche ein Die Effizienz der Pseudodynamik zeigt sich darin dass mit verh ltnism ig geringem Aufwand das dynamische Verhalten eines Versuchsk rpers untersucht werden kann Dies ist sonst nur mit technisch hochwertigen und nur in relativ wenigen Labors der Welt vorhandenen Erdbebensimulatoren auch R tteltische genannt m glich Dagegen lassen sich pseudodynamische Versuche grunds tzlich mit Mitteln du
4. ion an diese Randbedingungen angepasst S mtliche Parameter werden aufgef hrt diskutiert und f r die Anwendung vorbereitet Die entwickelte Anleitung l sst sich aber ohne weiteres auf Versuchsk rper mit geringeren Steifigkeits nderungen und mit beispielsweise nur einem Freiheitsgrad anwenden Die Ergebnisse dieser Arbeit basieren auf pseudodynamischen Vorversuchen die am Institut f r Baustatik und Konstruktion IBK der ETH Z rich durchgef hrt wurden und zur Vorbereitung von pseudodynamischen Versuchen an Stahlbetontragw nden mit drei Freiheitsgraden Thiele et al 2000 dienten Diese sind Teil des Forschungspro jektes Stahlbetontragwerke unter zyklischer dynamischer und statischer Einwirkung in dem f r den in der Praxis t tigen Ingenieur Methoden entwickelt werden sollen um Stahlbetontragwandgeb ude f r die Einwirkung Erdbeben einfach und zuverl ssig zu bemessen und konstruktiv durchzubilden Abstract The pseudodynamic testing method is an efficient experimental technique to determine the dynamic response of a structure under strong seismic impact A variety of pseudo dynamic tests have been conducted including tests on full sized multi storey struc tures tests on scaled structural elements of buildings and bridges as well as three di mensional tests The efficiency of pseudodynamic tests is based on the relatively modest effort it requires to obtain the dynamic response of a structure Other techniques for this type
5. meters are speci fied discussed and recommendations for their application are given The results of this work refer to test specimens with the mentioned properties However they can also be applied to specimens with simpler properties e g small changes in stiffness or a single degree of freedom The tests conducted for this work were pilot tests that were used to prepare pseudody namic tests on structural RC walls with three degrees of freedom Thiele et al 2000 They are part of the research project reinforced concrete structures under cyclic dy namic and static action at the Institute of Structural Engineering IBK at the Swiss Fed eral Institute of Technology in Zurich ETH The scope of this project is to develop sim ple and reliable methods for the practical engineer to design RC wall buildings against earthquakes R sum La m thode d essai pseudodynamique est une technique exp rimentale efficace pour d terminer la r ponse dynamique d une structure soumise un violent s isme De nom breux essais ont d j t effectu s avec cette m thode Ils comprennent des essais gran deur nature de b timents plusieurs tages des essais en mod le r duit d l ments de structure de b timents et de ponts ainsi que des essais en trois dimensions L avantage des essais pseudodynamiques r side dans la relative modestie des moyens que la m thode requiert pour examiner la r ponse dynamique d une structure
6. rchf hren die in vielen Labors des Bauingenieurwesens vorhanden sind Trotzdem werden pseudodynamische Versuche oft als zu kompliziert und zu aufwen dig angesehen Dabei zeigt die aktuelle Forschung im Erdbebeningenieurwesen dass Versuche mit Ber cksichtigung dynamischer Einfl sse eine sehr wertvolle Hilfe zur Be urteilung und Vorhersage des Verhaltens von Strukturen mit gro en plastischen Verfor mungen bei dynamischer Einwirkung sind Auch f r den Fall gro er Steifigkeits nderungen wie sie bei Stahlbetonbauteilen durch Rissebildung und starkes Flie en der Bewehrung auftreten und f r mehrere Freiheits grade wurden bisher schon verschiedene Versuche durchgef hrt vor allem in San Di ego USA Ispra Italien und Tsukuba Japan Trotzdem gibt es bisher kaum Ver ffent lichungen welche die Pseudodynamik f r diese Anwendung aufbereiten Daher wird in dieser Arbeit basierend vor allem auf Publikationen von P B Shing M Nakashima und O S Bursi die Pseudodynamik systematisch aufgearbeitet Anhand eigener Versu che wird die Wirkung von numerischen und experimentellen Parametern sowie von Fehlern die durch den Algorithmus oder durch experimentelle Ungenauigkeiten auf treten k nnen untersucht Im Zentrum der Arbeit steht eine Anleitung zur Durchf hrung pseudodynamischer Versuche an Strukturen mit gro en Steifigkeits nderungen und mehreren Freiheitsgra den Ein bekannter ausgew hlter Algorithmus wird durch leichte Modifikat
7. sionale della struttura Uno dei vantaggi fondamentali delle prove pseudodinamiche consiste nel determinare la risposta dinamica della struttura analizzata in modo poco dispendioso a differenza per esempio delle prove dinamiche su tavola vibrante che necessitano di un impianto di prova che pochi istituti di ricerca al mondo possono permettersi Tuttavia e anche se al giorno d oggi la ricerca sismica indica chiaramente che prove sperimentali sono indi spensabili per cogliere il comportamento dinamico di strutture seriamente impegnate nel loro dominio plastico quelle pseudodinamiche vengono spesso considerate ancora eccessivamente complesse e dispendiose Prove pseudodinamiche su strutture in calcestruzzo armato a pi gradi di libert e che in seguito alla fessurazione del calcestruzzo e allo snervamento dell acciaio d armatura presentano una variazione importante della loro rigidezza sono gi state eseguite in passato soprattutto a San Diego USA a Ispra Italia e a Tsukuba Giappone Ciono nostante non esiste praticamente letteratura che si soffermi sulla tecnica da adottare per la prova pseudodinamica di queste strutture Al fine di colmare tale lacuna il presente lavoro rivede la tecnica delle prove pseudodinamiche in modo sistematico basandosi su pubblicazioni di P B Shing M Nakashima e O S Bursi L influsso di parametri nu merici e sperimentali nonch l effetto di imprecisioni sia algoritmiche che sperimentali vengono s
8. tion d essais pseudody namiques avec de grandes variations de rigidit et plusieurs degr s de libert Un algo rithme connu a t l g rement adapt pour ces conditions Tout les param tres sont identifi s et discut s Des recommandations pour leur utilisation sont galement formu l es Les r sultats de ce travail s appliquent tel quel des essais plus simples avec des variations de rigidit mod r es et un seul degr de libert Les essais effectu s pour ce travail constituaient les essais pr liminaires pour pr parer des essais pseudodynamiques trois degr s de libert avec des parois en b ton arm Ces essais font partie du projet de recherche Structures porteuses en b ton arm sou mises des sollicitations cycliques dynamiques et statiques de l Institut de Statique et Structures IBK de l Ecole Polytechnique F d rale de Zurich EPFZ Le but de ce projet est de d velopper pour l ing nieur praticien des m thodes simples et s res pour le di mensionnement parasismique des parois en b ton arm Riassunto Le prove pseudodinamiche sono un efficace tecnica sperimentale per determinare la ri sposta dinamica di una struttura sottoposta ad un azione sismica intensa Con questa tecnica a livello mondiale sono gi state eseguite svariate prove ad esempio su edifici multipiano in scala 1 1 su elementi strutturali in scala ridotta sia di edifici che di ponti nonch prove con sollecitazione tridimen
9. tudiati facendo capo a prove proprie La parte centrale del lavoro consiste in un manuale d istruzione per l esecuzione di prove pseudodinamiche su strutture a pi gradi di libert e con variazioni di rigidezza importanti Per queste prove stato scelto un algoritmo esistente robusto e affermato che ha dovuto essere modificato in modo da garantirgli un comportamento ottimale in queste situazioni Nel manuale vengono identificati e discussi tutti i parametri fonda mentali per una buona riuscita delle prove e vengono elaborate indicazioni in merito alla loro scelta Va da s che queste indicazioni possono venir utilizzate anche nell am bito di prove su strutture pi semplici per esempio ad un solo grado di libert o quasi elastiche I risultati del presente lavoro si basano su una serie di prove pseudodinamiche prelimi nari atte a preparare quelle su pareti di calcestruzzo armato con tre gradi di libert Thiele et al 2000 Tali prove sono state svolte all Istituto d Ingegneria Strutturale IBK del Politecnico Federale di Zurigo ETH nell ambito del progetto di ricerca Elementi strutturali in calcestruzzo armato sotto azione ciclica dinamica o statica Scopo del pro getto di ricerca quello di fornire all ingegnere progettista degli strumenti che gli per mettano di progettare edifici con pareti di controvento in CA per l azione sismica in modo semplice ma efficace
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