A FÖLDRENGÉSRŐL MÉRNÖK SZEMMEL 3. rész: méretezés földrengésre Előadó: Tornai László tartószerkezeti vezető tervező KÉSZ Építő Zrt.
2011. december 16.
1
A FÖLDRENGÉS-MÉRETEZÉS TÖRTÉNETE MAGYARORSZÁGON ME 95-74 műszaki előírás csak panelos szerkezetekre vonatkozott MI-04-133-81 szerint Mo. területén épülő létesítményeket földrengésre méretezni lehetett, MSK-64 szerinti zónák OTÉK 1998. szerint az építményeket földrengésre méretezni kell De csak az EC8 és NA adott pontos utasítást arra, hogy hogyan 2011. december 16.
2
• Az Európai Unió egységes földrengésszabványa • az Eurocode-8 (vagyis MSZ EN 1998), amely hazánkban 2009. január 01. óta van érvényben. A nukleáris létesítményekre különleges szigorú előírások vonatkoznak (NAÜ, NBSZ). Az Eurocode-8 felépítése: • EN 1998-1 - magasépítési szerkezetek EN 1998-2 - hídszerkezetek EN 1998-3 - kárfelmérés és helyreállítás EN 1998-4 - silók, tartályok és csővezetékek EN 1998-5 - alapok, támaszszerkezetek EN 1998-6 - tornyok, kémények 2011. december 16.
3
1998-1 Általános szabályok, épületek (197 oldal) 1. 2. 3. 4. 5.
fejezet: fejezet: fejezet: fejezet: fejezet:
Általános szempontok Határállapotok Talajjellemzők, szeizmikus hatások Épületek tervezése Vasbetonszerkezetekre vonatkozó előírások 6. fejezet: Acélszerkezetekre vonatkozó előírások 7. fejezet: Öszvérszerkezetekre vonatkozó előírások 8. fejezet: Faszerkezetekre vonatkozó előírások 9. fejezet: Téglaszerkezetekre vonatkozó előírások 10. fejezet: Szeizmikus szigetelés 2011. december 16.
4
•
Földrengés-előrejelzés nem lehetséges, csak a valószínűség-számítás segítségével tudjuk meghatározni, hogy valamely területen megadott méretű földrengés milyen valószínűséggel várható.
Úgy kell építkezni, hogy ezt a valószínű földrengést az épületek nagyobb károsodás nélkül kibírják. Tehát: 1. Az építmény ne omoljon össze – az emberi élet megmentése érdekében, azaz ki kell elégítenie a teherbírási követelményeket a földrengési teherkombináció esetben is. 2. Az épület csak korlátozott károkat szenvedjen, vagyis használhatósági határállapotokra is megfelelő legyen. 3. A létfontosságú létesítmények működőképesek maradjanak (kórház, mentőállomás, telefonközpont, tűzoltósági épület, transzformátorállomás, stb.). Nagyon fontos a földrengésállóság a veszélyes ipari létesítmények esetében is a katasztrófa-halmozódás elkerülése végett. Ezt többletbiztonsággal érjük el úgy, hogy magasabb fontossági tényezőt fogadunk el.
2011. december 16.
5
Magyarország szeizmikus zónatérképe a talajgyorsulási referenciaértéket adja meg adott területen a nehézségi gyorsulás arányában
2012.01.29. 2011. december 16.
6
MMK állásfoglalás A Magyar Mérnöki Kamara a Tartószerkezeti Tagozatának előkészítő tanulmánya alapján ajánlja, hogy a szerkezetek földrengésre való méretezésekor a 30%-os túllépési valószínűséghez tartozó, az NB1 táblázat 0,7-szeres értékeit vegyék számításba földrengésre való méretezéskor 2011. december 16.
7
A földrengésállóság tervezése 1. A telephely szeizmicitásának megállapítása 2. Az altalaj típusának megállapítása 3. Szeizmikus együtthatók – fontossági tényező 4. A tervezési válaszspektrum számítása Az egy mozgási szabadságfokú szerkezetnél a földrengésteher egyenlő a tömeg és a válaszspektrum megfelelő értékének szorzatával:
Fb=mxSd(T1) (tömeg x gyorsulás=erő) m – a szerkezet tömege Sd – a szerkezet gyorsulási válasza vagyis a válaszspektrum megfelelő értéke T1- alaprezgési periódusidő vízszintes mozgás esetén A rövid rezgésidejű merev szerkezetekben sokkal nagyobb földrengési erők keletkeznek, mint a hosszabb rezgésidejű, hajlékonyabb szerkezetekben. Végső esetben egy „lágy” szerkezet kitér a földrengés hatása elől (pl. függő inga - lásd szeizmográf). 2011. december 16.
8
Földrengésteher
2011. december 16.
9
Alaprezgési periódusidő megállapítása tapasztalati képlettel, vagy:
2011. december 16.
10
A rugalmas válaszspektrum A rugalmas válaszspektrum a figyelembe veendő földrengéshatás/gyorsulás értékét adja meg különböző rezgésidejű (T) szerkezeteken az altalajosztály és a referenciagyorsulás függvényében
2011. december 16.
11
ALTALAJOSZTÁLYOK A altalaj osztály: szilárd kőzet legfeljebb 5 m gyengébb fedőréteggel (sziklatalaj). B altalaj osztály: nagyon tömör homok-, kavics- vagy kemény agyagrétegek több tíz méter vastagságban C altalaj osztály: tömör vagy közepesen tömör homok-, kavicsvagy merev agyagrétegek legalább több tíz vagy akár több száz méter vastagságban D altalaj osztály: laza vagy közepesen tömör, kohézió nélküli talaj E altalaj osztály: 5-20 méter mélységű felszíni üledékréteg S1 altalaj osztály: puha agyagból/iszapból álló vagy legalább egy 10 m vastagságú agyagot/iszapot tartalmazó, nagy plaszticitású és nagy víztartalmú rétegek S2 altalaj osztály: folyósodásra hajlamos talajok, érzékeny agyagok vagy más olyan talajrétegek, amelyek a korábbi talajosztályokba nem sorolhatók. 2011. december 16.
12
Vízszintes rugalmas válaszspektrum különböző talajosztályoknál
2011. december 16.
13
Fontossági osztályok
2011. december 16.
14
A viselkedési tényező A duktilitás (képlékenyedés) hatását a q viselkedési tényezőn keresztül vesszük figyelembe. A duktilitás az a tulajdonság, hogy a tartószerkezet mekkora képlékeny alakváltozást képes törés nélkül elviselni. Disszipatív (energiaelnyelő) vagy kicsiny disszipativitású (rugalmas) szerkezetről beszélhetünk. Rugalmas rendszer esetén q előírt értéke 1.5. Disszipatív szerkezet esetében viszont q értéke akár 5-6 is lehet! Akkor azonban kapacitástervezést kell alkalmazni, és számos szerkezeti szabályt betartani.
2011. december 16.
15
Duktilitási kategóriák az EC8 szerint
2011. december 16.
16
Példa DCH szerkezetre
2011. december 16.
17
Szeizmikus kapcsolóelem alkalmazása
2011. december 16.
18
A képlékeny folyamat egyes stádiumai
2011. december 16.
19
k=5.56!
2011. december 16.
20
Tervezési válaszspektrum (számításhoz) A rugalmas válaszspektrum viselkedési tényezővel való osztásával jön létre, azaz figyelembe veszi a képlékenyedés hatását is. Tehát ez a szerkezet valós válaszait/gyorsulásait megadó diagram. Ennek alapján a földrengési teher nagyságának felső értékét már meg tudjuk becsülni: Fb=mx(2.5xagxS/q) Példa: Szeged: ag=0.7x0.12g S=1.15 (C típusú talaj) q=1.5 Fb=2.5x0.7x0.12x1.15/1.5=0.16mxg=0.16G ő Fb a szeizmikus alapnyíróerő 2011. december 16.
21
A Rugalmas (Se) és a Tervezési (Sd) válaszspektrum
2011. december 16.
22
Lineáris Rugalmas Számítás I. Egyszerűbb esetekben: VÍZSZINTES ERŐK MÓDSZERE (kézi számításhoz)
Fb=Sdxm (alapnyíróerő)
II. MODÁLIS VÁLASZSPEKRTUM ANALÍZIS Fbk=Sd(Tk)xmk (k-adik alapnyíróerő) k - a figyelembe vett rezgésalakok száma 1. a gyorsulási válaszspektrumok számítása 2. a modális amplitúdók számítása 3. a szerkezet maximális elmozdulásainak illetve a szeizmikus tehernek a számítása 4. a számítás pontosságának ellenőrzése 5. a szerkezet teherbírás-vizsgálata az EC szerint a 2011. december 16.
szeizmikus teherkombinációra
23
FÖLDRENGÉSI TEHERKOMBINÁCIÓ ΣGkj+Aed+Σ ΣΨ2ixQki ahol: Gkj - a j-edik állandó hatás jellemző értéke Aed - a referencia visszatérési periódushoz tartozó szeizmikus hatás tervezési értéke Ψ2i - az i-edik esetleges hatás kvázi-állandó értékéhez tartozó kombinációs együtthatója Qki - az i-edik esetleges hatás jellemző értéke A modell kell, hogy tartalmazza a merevségek és tömegek eloszlását azért, hogy minden fontos deformációs alak és tömegerő megfelelően figyelembe legyen véve. Pontosság: Az effektív modális tömegnek el kell érnie a 90%-ot
2011. december 16.
24
Nemlineáris számítás 3. Nemlineáris statikus eltolódásvizsgálat (Pushover analízis) Nemlineáris statikus számítás állandó gravitációs terhek és monoton növekvő vízszintes terhek esetére.
4. Időfüggvény szerinti nem lineáris (dinamikus) számítás A szerkezet időfüggő válaszát a mozgási differenciálegyenletek numerikus integrálásával kapjuk a konkrét akcelerogrammok felhasználásával
2011. december 16.
25
Különleges eljárások épületek földrengésvédelmére Passzív kontroll rendszer: az alapozás és a felmenő szerkezet közé rugalmas-képlékenyenergiafelemésztő rendszert/szeizmikus szigetelést építenek be Aktív kontroll rendszer: Az épületben földrengéskor számítógép vezérléssel beindul egy lengés-kiegyensúlyozó hidraulikus rendszer. 2011. december 16.
26
2011. december 16.
27
Földrengés-szigetelés
2011. december 16.
28
Referenciák, források 6. dia: Szeizmikus zónatérkép forrás:Tóth L, Győri E, Mónus P, Zsíros T, 2006. Seismic Hazard in Pannonian Region Településenként lekérdezhető: www.foldrenges.hu
10. dia: Kollár László: Szerkezetek méretezése földrengési hatásokra 11., 13. dia: MSZ EN 1998-1:2008 17. dia: Dr. Papp Ferenc, Dr. Vértes Katalin 9., 22. dia: Joó Attila László, Dr. Vígh László Gergely, Dr. Kollár László: Tartószerkezetek földrengési méretezésének magyarországi tapasztalatai 28. dia: Dr. Csák Béla: A földrengés elleni védelem helyzete, módszerei és problémái 2011. december 16.
29
Köszönöm a megtisztelő figyelmet
2011. december 16.
30
