82
5. Talajdinamika -talajparaméterek -helyettesítő lineáris modell -laboratóriumi mérések -helyszíni mérések
Talajdinamika 83
Talaj és szerkezet kölcsönhatása
Eurocode 8-5 “3.2. (1) A szeizmikus hatás tervezési értékére gyakorolt befolyásának megfelelően a földrengési terhelésre vonatkozóan a talaj fő merevségi paramétere a G nyírási modulus..”
G = r∙vs2
1-D Talajválasz elemzés (site response analysis) 84
m
x Szerkezeti válasz
k/2
c
Szabadfelszíni mozgások
1. talajréteg: G1,ρ1,D1 .. ..
j. talajréteg: Soil j: Gj,ρj,Dj .. .. Függőlegesen terjedő hullámok m. talajréteg: Gm,ρm,Dm Vsz. polarizált Földrengés az alapkőzeten
1-D Talajválasz elemzés (site response analysis) 85
t g Függőlegesen terjedő, vízszintesen polarizált nyíró-hullámok
nyírási alakváltozás g=t/G (szögtorzulás)
G=f(g)
nyírási modulus
t
nyírófeszültség
Dinamikusan terhelt talajok viselkedése 86
Helyettesítő lineáris modell
Nemlineáris modell
Fejlett anyagmodellek
Dinamikusan terhelt talajok viselkedése 87
1. Helyettesítő lineáris modell Gtan és Gsec =
=
tc gc
Ahurok 1 2 Gsec g c2
szelő nyírási modulus csillapítás
Gsec és ξ ekvivalens lineáris paraméterek
Dinamikusan terhelt talajok viselkedése 88
Gsec = f (g, e, Ip, OCR, n)
Gmax és G/Gmax
89
Dinamikusan terhelt talajok viselkedése 90
Gmax meghatározása
Geofizikai mérésekből Gmax=r×vs2
Laboratóriumi mérésekből
Tapasztalati képletekkel
Labormérések alapján, f(OCR, sm’, e)
SPT/CPT/DMT alapján
G/Gmax meghatározása
Labormérések alapján, f(Ip)
Dinamikusan terhelt talajok viselkedése 91
ξ (csillapítás) meghatározása •
gc nő ξ is nő
•
Függ a plaszticitástól
Vucetic, Dobry, 1991
Dinamikusan terhelt talajok viselkedése 92
2. Nemlineáris modellek • Backbone-görbe •
Tehermentesülés-újraterhelési viselkedésre szabályok
•
Előny: maradó alakváltozások modellezése
3. Fejlett anyagmodellek •
Kezdeti feszültségállapot
•
Folyási felület, felkeményedés
•
HSSmall
Terepi mérések 93
Geofizikai mérések • •
•
Előnyök Hátrányok Felszíni mérések, fúrólyukas mérések, szondázás Leggyakrabban alkalmazott: • •
• • •
• •
(Szeizmikus refrakciós) (Szeizmikus reflexiós) Cross-hole szeizmikus mérés Down-hole szeizmikus mérés Ellenállás szelvényezés Felületi hullám mérés (MASW) SCPT (szeizmikus CPT szondázás)
Oszcilloszkóp
Cross-hole szeizmikus mérés ASTM D 4428
Pumpa
t Szeizmikus jeladó a fúrólyukban (forrás)
Nyíróhullám sebesség: Vs = x/t
Geofon gyorsulásmérő
Vizsgálati mélység
x
pakker Megj.: a fúrólyuk függőlegességét inklinométerrel ellenőrizzük Dx korrigálásához
inklinométer Béléscsöves fúrólyuk
inklinométer
Béléscsöves fúrólyuk
Laboratóriumi mérések 95
1. Alacsony alakváltozási szint •
Rezonanciás vizsgálat
•
Piezoelektromos bender element
•
Ultrahangos vizsgálat
Rezonanciás vizsgálat
Bender element
96
•
Nyírási modulus és alakváltozás; csillapítási tényező meghatározása
•
Nyíróhullámok terjedési sebességének közvetlen mérése
RC-TOSS – rezonanciás vizsgálat 97
Laboratóriumi mérések 98
2. Nagy alakváltozások szintje •
Ciklikus triaxiális vizsgálat
•
Ciklikus közvetlen nyírás
•
Ciklikus torziós nyírás
Ciklikus triaxiális vizsgálat 99
Gsec és ξ mérése
Ciklikus torziós nyírásvizsgálat
100
RC-TOSS – torziós nyírásvizsgálat 101
Ciklikus torziós nyírásvizsgálat 102
Laborvizsgálatok alkalmazhatósága 103
Laborvizsgálatok alkalmazhatósága 104
M.L.Silver, 1981
Nyírási modulus leromlási görbe 105
Laboratóriumi mérések 106
3.
Modellvizsgálatok •
Rázóasztalos vizsgálat
•
Geocentrifugás vizsgálatok
Paraméterek alkalmazása 107
Shake2000 •
• •
1D számítás, ekvivalens lineáris modell gyors közelítő számításhoz CSR, Cyclic Stress Ratio
FLUSH •
• •
2D/3D talaj-szerkezet kölcsönhatás FEM University of California, Berkeley
S. Brinkman, 2009
Paraméterek alkalmazása 108
Végeselemes számítás •
Plaxis Dynamics, MidasGT
•
Bonyolultabb geometriák
•
2D, 3D
•
Ekvivalens lineáris modell
•
Bonyolultabb anyagmodellek •
Viszkózus csillapítás
•
Hiszterézises csillapítás
Ciklusszám hatása – TOSS mérés 109
110
6. Tervezési folyamat -alapelvek
Tervezők feladatai 111
Földrengés forrása Adott helyszín (földrajz, talajrétegződés, alapozás) szerkezetre adott rezgés Kölcsönhatás: talaj szerkezet Reakciók a szerkezetben
Tervezési folyamat 112
Tönkremeneteli mechanizmus meghatározása 1. Statikus süllyedések 2. Dinamikus elmozdulások Gépek követelményei Emberi követelmények (kényelmetlenség, tönkremenetel)
3. Dinamikus mozgások miatti süllyedések 4. Talajfolyósodás 5. Megfelelőségi követelmények felvétele
Tervezési folyamat 113
Terhelés és a vizsgált kritériumot leíró mennyiségek közötti összefüggések feltárása Nagyon sok szempont Szabványosítás nehéz Követelmények, megfelelőségi feltételek Vizsgálati módszerek Földrengési hatás, talaj, szerkezet, kölcsönhatások
Tervezési követelmények 114
A felszerkezetről átadódó erők számottevő tartós alakváltozás nélkül adódjanak át az altalajra. Az alakváltozások legyenek a szerkezet funkcióival kompatibilisek. A szeizmikus terhelés és válasz bizonytalanságai miatt törekedni kell az egyszerű, egységes rendszerre.
115
7. Eurocode 8 -általános szabályok -meglévő épületek -geotechnikai vonatkozások
Eurocode 8 116
1998-1 Általános szabályok, épületek
1998-2 Hidak
1998-3 Épületek értékelése és helyreállítása
1998-4 Tárolók, silók, csővezetékek
1998-5 Alapozás, támfalak, geotechnika
1998-6 Tornyok, árbocok, kémények
Eurocode 8-1 Általános szabályok 117
Alapkövetelmények Teherbírási köv. 475 éves visszatérési periódus = 50 év alatt 10% nem dőlhet össze (de károsodhat)
Korlátozott károk
köv.
95 éves visszatérési periódus = 10 év alatt 10% ~ használhatósági határállapot 0,4-0,5
* agR
agR
Eurocode 8-3 Meglévő épületek 118
MMK Műszaki szabályzatban szabályozhatja megépült épületek erőtani vizsgálatát
Eurocode 8-3
Eurocode 8-3 119
Egyetlen EC, ami meglévő épületekkel foglalkozik
Első európai földrengéses szabvány, ami értékeléssel, megerősítéssel foglalkozik
Egyetlen EC, ami nem vonatkozik minden szerkezetre – csak ha felújítás miatti szerkezeti értékelésre van szükség nemzetgazdasági döntés kellene
Ismereti szintek 120
Követelmények: vizsgálandó határállapot Összeomláshoz közeli
határáll. (No Collapse, NC) Jelentős károsodás határáll. (Serious Damage, SD) Korlátozott károk határáll. (Damage Limitation, DL)
Ismereti szintek KL1
Bizonytalansági tényezők
korlátozott 1,30 KL2 szokásos 1,15 KL3 teljes 1,00 (geometria, anyagok, szerk. részletek)
Modális válaszspektrum analízis 121
Földrengési paraméterek felvétele (talajosztály, q!) Térbeli modell felépítése (szintek, merevség!) Sajátrezgésalakok számítása (teherkombináció, tömegrészesedés!) Konvergenciavizsgálat (hálósűrűség!) Földrengésteher generálás (csavarás 5%!) Számítás P- hatás (másodrendű hatás <0,1!) Szerkezeti elemek ellenőrzése (másodlagos is!)
Földrengési teher 122
Teherkombináció
Viselkedési tényezőq0=1,5
Értékelés-beavatkozás tervezése 123
Összes durva helyi hibát javítani
Szabálytalan épület szabályosságát növelni
Duktilitást növelni
Szilárdságot növelni (duktilitás csökkentése nélkül)
Új elemek beépítése
Tömegcsökkentés
Passzív védelem: energiaelnyelő merevítés v.
szeizmikus alapozásszigetelés
Eurocode 8-5 Alapozás, támszerkezet, geotechnika 124
Tervezési módszerek, parciális tényezők (Statikus eset: GEO, STR, HYD, UPL - DA2*,DA3) Talajosztályok Rézsűállékonyság Talajfolyósodás Alapozás (síkalap talajtörés és süllyedés, mélyalap) Földmegtámasztó szerkezetek
Talajosztályok 125
Talajosztályok 126
Osztályozás alapja: energiát hogyan továbbítja Elsődleges paraméter: nyíróhullám sebesség (vs) Talajtípus: „válaszspektrum szűrője” Helyszíni mérés: Szeizmikus CPT, MASW stb.
A talajrétegek szerepe 127
Válaszspektrum 128
Rézsűállékonyság-vizsgálat 129
Egyszerűsített: „pszeudostatikus” Pl.
lamellás vizsgálat, gyorsulás többleterő
Rézsűállékonyság-vizsgálat 130
Dinamikus számítás Földrengés alatti
mozgások számítása Blokkos vizsgálat pl. Newmark módszer Akcelerogram, mint teher Gyorsulás küszöbérték Pórusvíznyomásokdinamikus vizsgálat!
Talajfolyósodás 131
Laza, telített homok Ismétlődő terhelés Kis összenyomódás pórusvíznyomás növ. s=s’+u Nyírószilárdság s’-vel arányos Eredeti talajfelszín
Fedőréteg
σ’→0 (a)
(a) buzgár
σ’→0 (b)
(b) alap teherbírás
(c)
(c) földcsuszamlás
Talajfolyósodás 132
Földrengés Talajjellemzők Hatás: CSR – ciklikus feszültségarány Ellenállás: SPT, CPT, labor (ciklikus triax) Megfolyósodási
esettanulmányok Korrekciók (magnitúdó, talajjellemzők)
Alapozás - síkalap 133
Feladat: szerkezet és talaj közti erők egyenletes átadása Jelentős süllyedés nélkül Állékonyságvesztés nélkül
Alapozás: elemek mereven összekapcsolva egységes rdsz.
Számítás: merevség függ az alakváltozási szinttől! Egyszerűsített: alakváltozás előre becsülve Egyenértékű lineáris: iteráció leromlási görbe segítségével (FLUSH, SASSI), komlex válasz módszere alapján Nemlineáris, időlépéses (VEM) – bonyolult, kutatás
Elcsúszás, talajtörés, süllyedés
Alapozás - mélyalap 134
Cölöpök keresztirányú ellenállása Hajlítási
merevség Talajreakció Dinamikus cölöpcsoporthatás Cölöpfej és cölöp közötti merevség Folyósodásra hajlamos réteg Kinematikus kölcsönhatás D,
S1, S2 talaj, fontos szerkezet (III. v IV. osztály) Jelentős gyorsulás
Földmegtámasztó szerkezetek 135
Többleterő vízszintesen Egyszerű számítás: „pszeudostatikus” (Newmark) Dinamikus számítás: VEM Hidrodinamikus nyomás Horgonyok (tartós horgony: itt ideiglenes tervezési állapot) Szerkezeti szilárdság
Irodalom (magyar) 136
Csák B, Hunyadi F. és Vértes Gy: „Földrengések hatása az építményekre”. Műszaki Kiadó. Budapest. 1981.
Kollár Lajos: Építmények méretezése földrengésre. Tervezési Segédlet. S-35. TTI. 1990.
Dulácska Endre: Földrengésveszély, földrengés elleni védelem. A Magyar Mérnöki Kamara Kiskönyvtára. TT-TS 3, 2000.
Dulácska Endre és Kollár László: Méretezés földrengésre az európai elvek figyelembevételével. Tervezési Segédlet, TT-TS4, 2003, Magyar Mérnöki Kamara, Tartószerkezeti Tagozat
Györgyi József: Dinamika, Egyetemi tankönyv. Műegyetemi Kiadó, Budapest, 2003.
Dulácska E., Joó A., Kollár L.: Tartószerkezetek tervezése földrengési hatásokra, Akadémiai Kiadó, 2008.
Irodalom (magyar) 137
Vigh L. Gergely, Hortobágyi Zsolt, Pohl Ákos, Joó Attila: Szerkezetek szeizmikus analízise számítógéppel, Terc Kiadó 2013, Budapest
Richard P. Ray: Geotechnikai Kézikönyv - Földrengésre Való Méretezéshez, Magyar Mérnöki Kamara Geotechnikai Tagozat, 2014, Budapest
Magyarország Földrengés Információs Rendszere (FIR) www.foldrenges.hu. GEORISK KFT
Irodalom (külföldi) 138
Kramer, S. L.: Geotechnical Earthquake Engineering, Prentice Hall, New Jersey, 1996.
Chopra, Anil K: Dynamics of Structures: Theory and Applications to Earthq. Eng., Prentince-Hall, 1995.
Das, B. M.: Principles of Soil Dynamics, PWS-Kent Publishing Company, Boston 1993
Eurocode 8
Fardis: Designer’s Guide to EC8-1 and EC8-5
