Seismische Tragfähigkeit eines Stahlbetongebäudes

Die Forschung in den Disziplinen der Seismologie und des Erdbebeningenieurwesens hat in den letzten Jahrzehnten enorme Fortschritte gemacht. Die neuen Erkenntnisse sind heute in modernen Normenwerken für die Auslegung von Neubauwerken vollumfänglich implementiert und nutzbar. Für bestehende Bauwerke, die nach älteren Normengenerationen ausgelegt worden sind, ist dies nicht der Fall. Gerade für solche Bauwerke, insbesondere in Regionen mit hoher Seismizität und/oder hohem Risikopotenzial, besteht aber der Bedarf einer möglichst realistischen Ermittlung der seismischen Tragfähigkeit. Der vorliegende Aufsatz erläutert die Berechnung der seismischen Tragfähigkeit eines bestehenden Stahlbetontragwerks basierend auf dem neuesten Stand von Wissenschaft und Technik. Dazu wird zunächst mittels einer Pushover-Analyse das nichtlineare Kraft-Verformungs-Verhalten der Struktur relativ aufwendig modelliert. Die daraus ermittelte Kraft-Verformungs-Linie wird auf einen charakteristischen Einmassenschwinger appliziert. Für die Umwandlung der Tragstruktur in einen äquivalenten Einmassenschwinger mit identischen dynamischen Eigenschaften werden die weiteren modalen Parameter mithilfe von Boden-Bauwerk-Interaktionsberechnungen bestimmt. Zusätzlich wird der Einmassenschwinger auch mit einem Hysterese-Modell ausgestattet. Anschließend wird der Einmassenschwinger mit verschiedenen seismischen Beschleunigungs-Zeitverläufen beaufschlagt. Dabei wird ein Duktilitätsbedarf ermittelt. Die Beaufschlagung des Einmassenschwingers erfolgt für verschiedene skalierte Beschleunigungs-Zeitverläufe, sodass verschiedene Erdbebenintensitäten berücksichtigt werden. Da die strukturmechanischen Berechnungen auf der Widerstandsseite sowohl mit charakteristischen Werten als auch mit Mittelwerten durchgeführt wurden, eine Streuung verschiedener modaler Parameter angenommen wurde und die Streuung der seismischen Einwirkung über die verschiedenen Zeitverläufe berücksichtigt wird, kann eine Streuung der Tragfähigkeit des Bauwerkes für seismische Einwirkungen angegeben werden. Als Ergebnis werden die Parameter einer Fragility-Kurve für seismische Einwirkungen und die seismische Tragfähigkeit als ein Punkt auf der Fragility-Kurve präsentiert.

Seismic robustness of a reinforced concrete structure
Seismology and earthquake engineering have experienced major progress in the last decades. This progress is implemented in current modern codes of practice for the design of new structures. However for existing structures, mainly designed according to former codes of practice, a realistic estimation of the seismic robustness and ultimate load is also necessary. Often in such cases ambitious analyses are carried out. This paper describes the steps of such an analysis for a reinforced concrete structure, which is part of the critical infrastructure. In a first step the nonlinear force-deformation-curve is investigated by a pushover-curve. This curve is applied to an equivalent oscillator. Further dynamic properties of the oscillator are obtained from a soil-structure-interaction analysis. The oscillator is then exposed to various time-acceleration-sequences. This computation yields to a ductility demand. The ductility demand can be related to different earthquake intensities by scaling the time-acceleration-sequences. Finally the investigation was carried out twice, using characteristic and mean material properties. An overall deviation of the structural resistance can be provided by these parallel computations in combination with the deviation of the various time-acceleration-sequences. The results are used to construct a fragility curve and hence the ultimate seismic load bearing capacity.