SANACIJA GRADBENIH KONSTRUKCIJ

PROTIPOTRESNA UTRDITEV IN PREPROJEKTIRANJE: PRIMER ZIDANIH STAVB II. DEL

Miha Tomaževič Zavod za gradbeništvo Slovenije Dimičeva 12, 1000 Ljubljana

Vsebina

•

Obnašanje gradbenih konstrukcij med potresi. Kaj smo se naučili?

•

Eksperimentalna simulacija obnašanja in ugotavljanje mehanskih lastnosti materialov. Primer zidanih stavb.

•

Protipotresna utrditev in preprojektiranje. Primer zidanih stavb.

Vsebina

•

Uvod

•

Preiskave zidov

•

Preiskave modelov zidanih stavb na potresni mizi

•

Preizkušanje za vrednotenje zidanih konstrukcij

Zakaj preiskave in eksperimentalna simulacija?

•

Da bi razumeli obnašanje med potresi in razvili računske modele za projektiranje konstrukcij;

•

Da bi ugotovili stanje konstrukcije, vrednosti mehanskih lastnosti materialov in parametrov obnašanja konstrukcij, ki jih rabimo za vrednotenje konstrukcij;

•

Da bi preverili učinkovitost metod za sanacijo in utrditev konstrukcij;

•

Da bi dobili podlage za zahteve tehničnih predpisov in standardov (npr. redukcijo projektnih potresnih sil)

Preiskave za ugotavljanje vrednosti mehanskih lastnosti in potresnih parametrov zidovja

Mehanske lastnosti zidovja

•

Tlačna trdnost,

•

Natezna (strižna) trdnost,

•

Modul elastičnosti,

•

Strižni modul,

Odvisne so od lastnosti sestavnih materialov, določajo pa se bodisi s standardiziranimi (tlak) ali nestandardiziranimi metodami (strig) na prizmah in/ali zidovih.

Parametri potresne odpornosti

•

Togost, kapaciteta sipanja energije (dušenje), duktilnost

•

Upadanje togosti in nosilnosti

Se določijo s preiskavo zidov pri simulirani potresni (ciklični) obtežbi

Preiskave na tlak

Tlačna trdnost Modul elastičnosti

Standardizirane metode preiskave (prizme, mali zidovi, zidovi)

Vzorci za tlačno preiskavo zidovja po evropskem standardu

8.0

7.0

6.0

5.0

4.0

3.0

2.0

1.0

0.0

0.0

1.0

BGC3 2.0

3.0

 [ ‰ ] 4.0

5.0

8.0

7.0

6.0

5.0

4.0

3.0

2.0

1.0

0.0

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

 [ ‰ ] 6.0

7.0

BGC2 5.0

6.0

7.0

Tlačna preiskava zidu iz opečnih votlakov

Preiskave potresne odpornosti

Strižna (natezna trdnost) Strižni modul Sposobnost sipanja energije Duktilnost Upadanje togosti in nosilnosti

Nestandardizirane metode preiskave (zidovi), simulacija robnih pogojev in časovnega poteka obtežbe

Tipični porušni mehanizmi pri potresni obtežbi, delujoči v ravnini zidov

Razporeditev sil v zidnih slopih pri potresu

Tipične histerezne zanke sila-pomik, dobljene med laboratorijsko preiskavo zidu Preiskava potresne odpornosti zidu

Tipični časovni poteki vsiljenih pomikov za preiskavo potresne odpornosti zidov

Histerezne ovojnice, dobljene s preiskavo enakih zidov z različnimi časovnimi poteki vsiljenih pomikov

Definicija mejnih stanj in idealizacija ovojnice (krivulje) odpornosti

Mejna stanja: Meja nastanka razpok: H cr , d cr Maksimalna odpornost: H max , d Hmax Končno mejno stanje: H dmax , d max Idealizacija: Efektivna togost: K e Odpornost: H u = 0.9 H max Mejni faktor duktilnosti: d u = d 0.8Hmax

H u = min (H u,shear ; H u,flex ) μ = d u /d e K e = H cr /d cr d e = K e /H u d u = d at 0.8 H max Idealizacija eksperimentalno dobljene ovojnice odpornosti z bilinearno odvisnostjo med silo in pomikom

Laboratorijska preiskava starega opečnega zidu, izsekanega iz zidovja stavbe

Diagonalne razpoke po preiskavi zidu in-situ

Preiskave modelov na potresnih simulatorjih

Prednosti

• • • •

Modelne preiskave so cenejše in enostavnejše kot preiskave prototipov Lahko uporabljamo razmeroma enostavne preizkuševalne naprave Zanesljivo lahko ponazorimo globalno obnašanje in porušne mehanizme Modelne tehnike lahko prilagodimo zmožnostim

Pomanjkljivosti

Modelna merila so omejena zaradi tehnoloških ovir Ne moremo raziskovati obnašanja konstrukcijskih detajlov

Z dovoljenjem: K. Ohtani NRIESDP

National Research Institute for Earth Science and Disaster Prevention, Miki, Hyogo Pref., Japan

Tipični model zidane stavbe na enostavni potresni mizi na ZAG

Splošna odvisnost med fizikalnimi veličinami na prototipu in modelu

q

P

= q

M

S

q

q – veličina, S q – faktor merila za veličino q, P - prototip M - model

Splošne zahteve za fizikalno modeliranje obnašanja zidanih konstrukcij pri potresni obtežbi

•

Podobnost dinamičnega obnašanja podobna porazdelitev mas in togosti po višini prototipa in modela

•

Podobnost porušnih mehanizmov Podobno razmerje med tlačnimi napetostmi in tlačno trdnostjo zidovja v zidovih prototipa in modela

Modelna podobnost pri kamnitem zidovju, merilo 1:4 Histerezne zanke, dobljene s preiskavo prototipnega zidu Histerezne zanke, dobljene s preiskavo modelnega zidu

Odvisnost med eksperimentalno in izračunano etažno ovojnico odpornosti (krivuljo odpornosti)

Preiskave za vrednotenje obstoječih stavb in arhitekturnih spomenikov

Preiskave za ugotavljanje stanja materialov

• • • • •

Meritve homogenosti materialov Meritve vlage Meritve vsebnosti soli Meritve korozijskih potencialov (n.pr.kloridi v betonu) Drugo

Preiskave za ugotavljanje mehanskih lastnosti materialov

• • • •

Nedestruktivne in semidestruktivne preiskave (na terenu) Destruktivne preiskave (v laboratoriju in na terenu) Kombinirane preiskave Drugo

Grad Pišece

Meritve širjenja mikroseizmičnih valov

I mpact echo and in-situ shear resistance test test

Radarska preiskava

Ugotavljanje trdnostnih lastnosti s ploskimi bati (flat jack)

Preiskave za ugotavljanje dinamičnih lastnosti konstrukcij

• •

Preiskave ambientnih vibracij (na terenu) Preiskave z vsiljenim nihanjem (na terenu)

Meritve frekvenc lastnega nihanja

1 7 6 5 4 3 2

4 3 2 1 0 0

First mode f = 2.6 Hz

10 3 2 1 0 0

First mode f = 2.6 Hz

10 20 30 Frequency [Hz] 40

Excitation f = 23 Hz

20

Excitation f = 23 Hz

30 Frequency [Hz] 40 50 50 60 60

Preiskave za preverjanje učinkovitosti utrditvenih posegov

• •

Destruktivne preiskave v laboratoriju in na terenu Preiskave modelov na potresni mizi

In-situ preiskava kamnitega zidu Injektiranje kamnitega zidu Učinek injektiranja

200 150 100 50 0 0.0

Grouted Existing 0.7

1.4

R (%) 2.1

(b) 2.8

In-situ preiskava z a.c. ometom obloženega opečnega zidu Pretrg armaturne palice na natezni strani Učinek oblaganja

Kamnita hiša z lesenimi stropi in nepovezanim zidovjem med preiskavo na potresni mizi

Modela kamnitih hiš z lesenimi stropi brez zidnih vezi in z njimi med preiskavo na potresni mizi

Dimenzioniranje jeklenih vezi

• •

Nihanje pravokotno na ravnino: analogija z a.b. zidno vezjo (upogib) V ravnini: mehanizem diagonalne razpore v končnem mejnem stanju

Model opečne hiše z masivnimi stropi med preiskavo na potresni mizi

Namesto sklepov: zakaj preiskave in eksperimentalna simulacija?

•

Da razumemo obnašanje med potresi in preverimo računske modele;

•

Da ugotovimo stanje konstrukcije, vrednosti mehanskih lastnosti materialov in parametrov obnašanja konstrukcij;

•

Da preverimo učinkovitost metod za sanacijo in utrditev konstrukcij;

•

Da dobimo podlage za zahteve tehničnih predpisov in standardov

HVALA!