5. Talajdinamika. -talajparaméterek -helyettesítő lineáris modell -laboratóriumi mérések -helyszíni mérések

Átírás

1 82 5. Talajdinamika -talajparaméterek -helyettesítő lineáris modell -laboratóriumi mérések -helyszíni mérések

2 Talajdinamika 83 Talaj és szerkezet kölcsönhatása Eurocode (1) A szeizmikus hatás tervezési értékére gyakorolt befolyásának megfelelően a földrengési terhelésre vonatkozóan a talaj fő merevségi paramétere a G nyírási modulus.. G = r v s 2

3 1-D Talajválasz elemzés (site response analysis) 84 Szerkezeti válasz x k/2 m c Szabadfelszíni mozgások 1. talajréteg: G 1,ρ 1,D 1.. j. talajréteg: Soil j: G j,ρ j,d j.. Függőlegesen terjedő hullámok m. talajréteg: G m,ρ m,d m Vsz. polarizált Földrengés az alapkőzeten

4 1-D Talajválasz elemzés (site response analysis) 85 t g Függőlegesen terjedő, vízszintesen polarizált nyíró-hullámok g=t/g G=f(g) t nyírási alakváltozás (szögtorzulás) nyírási modulus nyírófeszültség

5 Dinamikusan terhelt talajok viselkedése 86 Helyettesítő lineáris modell Nemlineáris modell Fejlett anyagmodellek

6 Dinamikusan terhelt talajok viselkedése Helyettesítő lineáris modell G = t c és Gsec = g c 1 A 2 G tan hurok 2 sec g c G sec és ξ szelő nyírási modulus csillapítás ekvivalens lineáris paraméterek

7 Dinamikusan terhelt talajok viselkedése 88 G sec = f (g, e, I p, OCR, n) G max és G/G max

8 89

9 Dinamikusan terhelt talajok viselkedése 90 G max meghatározása Geofizikai mérésekből G max =r v 2 s Laboratóriumi mérésekből Tapasztalati képletekkel Labormérések alapján, f(ocr, s m, e) SPT/CPT/DMT alapján G/G max meghatározása Labormérések alapján, f(i p )

10 Dinamikusan terhelt talajok viselkedése 91 ξ (csillapítás) meghatározása g c nő ξ is nő Függ a plaszticitástól Vucetic, Dobry, 1991

11 Dinamikusan terhelt talajok viselkedése Nemlineáris modellek Backbone-görbe Tehermentesülés-újraterhelési viselkedésre szabályok Előny: maradó alakváltozások modellezése 3. Fejlett anyagmodellek Kezdeti feszültségállapot Folyási felület, felkeményedés HSSmall

12 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)

13 Oszcilloszkóp Cross-hole szeizmikus mérés ASTM D 4428 Pumpa t Vizsgálati mélység Szeizmikus jeladó a fúrólyukban (forrás) pakker Megj.: a fúrólyuk függőlegességét inklinométerrel ellenőrizzük Dx korrigálásához Nyíróhullám sebesség: V s = x/ t Béléscsöves fúrólyuk inklinométer x Béléscsöves fúrólyuk Geofon gyorsulásmérő inklinométer

14 Laboratóriumi mérések Alacsony alakváltozási szint Rezonanciás vizsgálat Piezoelektromos bender element Ultrahangos vizsgálat

15 Rezonanciás vizsgálat Bender element 96 Nyírási modulus és alakváltozás; csillapítási tényező meghatározása Nyíróhullámok terjedési sebességének közvetlen mérése

16 97 RC-TOSS rezonanciás vizsgálat

17 Laboratóriumi mérések Nagy alakváltozások szintje Ciklikus triaxiális vizsgálat Ciklikus közvetlen nyírás Ciklikus torziós nyírás

18 Ciklikus triaxiális vizsgálat 99 G sec és ξ mérése

19 Ciklikus torziós nyírásvizsgálat 100

20 RC-TOSS torziós nyírásvizsgálat 101

21 Ciklikus torziós nyírásvizsgálat 102

22 103 Laborvizsgálatok alkalmazhatósága

23 Laborvizsgálatok alkalmazhatósága 104 M.L.Silver, 1981

24 105 Nyírási modulus leromlási görbe

25 Laboratóriumi mérések Modellvizsgálatok Rázóasztalos vizsgálat Geocentrifugás vizsgálatok

26 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

27 Paraméterek alkalmazása 108 Végeselemes számítás Plaxis Dynamics, MidasGT Bonyolultabb geometriák 2D, 3D Ekvivalens lineáris modell Bonyolultabb anyagmodellek Viszkózus csillapítás Hiszterézises csillapítás

28 109 Ciklusszám hatása TOSS mérés

29 Tervezési folyamat -alapelvek

30 Tervezők feladatai 111 Földrengés forrása Adott helyszín (földrajz, talajrétegződés, alapozás) szerkezetre adott rezgés Kölcsönhatás: talaj szerkezet Reakciók a szerkezetben

31 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

32 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

33 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.

34 Eurocode 8 -általános szabályok -meglévő épületek -geotechnikai vonatkozások

35 Eurocode Általános szabályok, épületek Hidak Épületek értékelése és helyreállítása Tárolók, silók, csővezetékek Alapozás, támfalak, geotechnika Tornyok, árbocok, kémények

36 Eurocode 8-1 Általános szabályok 117 Alapkövetelmények Teherbírási köv. 475 éves visszatérési periódus = 50 év alatt 10% a gr nem dőlhet össze (de károsodhat) Korlátozott károk köv. 95 éves visszatérési periódus = 10 év alatt 10% ~ használhatósági határállapot 0,4-0,5 * a gr

37 Eurocode 8-3 Meglévő épületek 118 MMK Műszaki szabályzatban szabályozhatja megépült épületek erőtani vizsgálatát Eurocode 8-3

38 Eurocode 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

39 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 Bizonytalansági tényezők KL1 korlátozott 1,30 KL2 szokásos 1,15 KL3 teljes 1,00 (geometria, anyagok, szerk. részletek)

40 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!)

41 Földrengési teher 122 Teherkombináció Viselkedési tényezőq 0 =1,5

42 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

43 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

44 125 Talajosztályok

45 Talajosztályok 126 Osztályozás alapja: energiát hogyan továbbítja Elsődleges paraméter: nyíróhullám sebesség (v s ) Talajtípus: válaszspektrum szűrője Helyszíni mérés: Szeizmikus CPT, MASW stb.

46 127 A talajrétegek szerepe

47 128 Válaszspektrum

48 Rézsűállékonyság-vizsgálat 129 Egyszerűsített: pszeudostatikus Pl. lamellás vizsgálat, gyorsulás többleterő

49 Rézsűállékonyság-vizsgálat 130 Dinamikus számítás Földrengés alatti mozgások számítása Blokkos vizsgálat pl. Newmark módszer Akcelerogram, mint teher Gyorsulás küszöbérték Pórusvíznyomások dinamikus vizsgálat!

50 Talajfolyósodás 131 Laza, telített homok Ismétlődő terhelés Kis összenyomódás pórusvíznyomás növ. s=s +u Nyírószilárdság s -vel arányos Fedőréteg Eredeti talajfelszín σ 0 σ 0 (a) (b) (c) (a) buzgár (b) alap teherbírás (c) földcsuszamlás

51 Talajfolyósodás 132 Földrengés Talajjellemzők Hatás: CSR ciklikus feszültségarány Ellenállás: SPT, CPT, labor (ciklikus triax) Megfolyósodási esettanulmányok Korrekciók (magnitúdó, talajjellemzők)

52 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

53 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

54 Földmegtámasztó szerkezetek 135 Többleterő vízszintesen Egyszerű számítás: pszeudostatikus (Newmark) Dinamikus számítás: VEM Hidrodinamikus nyomás Horgonyok (tartós horgony: itt ideiglenes tervezési állapot) Szerkezeti szilárdság

55 Irodalom (magyar) 136 Csák B, Hunyadi F. és Vértes Gy: Földrengések hatása az építményekre. Műszaki Kiadó. Budapest Kollár Lajos: Építmények méretezése földrengésre. Tervezési Segédlet. S-35. TTI Dulácska Endre: Földrengésveszély, földrengés elleni védelem. A Magyar Mérnöki Kamara Kiskönyvtára. TT-TS 3, 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, Dulácska E., Joó A., Kollár L.: Tartószerkezetek tervezése földrengési hatásokra, Akadémiai Kiadó, 2008.

56 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) GEORISK KFT

57 Irodalom (külföldi) 138 Kramer, S. L.: Geotechnical Earthquake Engineering, Prentice Hall, New Jersey, Chopra, Anil K: Dynamics of Structures: Theory and Applications to Earthq. Eng., Prentince-Hall, 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