WEAK STOREY BEHAVIOUR OF CONCENTRICALLY BRACED STEEL FRAMES SUBJECTED TO SEISMIC ACTIONS

Összefoglalás és Tézsek készült a: WEAK STOREY BEHAVIOUR OF CONCENTRICALLY BRACED STEEL FRAMES SUBJECTED TO SEISMIC ACTIONS című dsszertácóhoz Merczel Dánel Balázs szerző, doktorjelölt által Készült a: Budapest Műszak és Gazdaságtudomány Egyetemen témavezető: Dr Lógó János és a Insttut Natonale des Scences Applquées Rennes Egyetemen témavezető: Dr Mohammed Hjaj 2015 Január

Tartalom 1. A dsszertácó rövd összefoglalása... 2 2. A dsszertácóban vzsgált probléma bemutatása... 4 3. Az Eurocode 8 szernt tervezett épületek hatékonysága... 7 4. A gyengesznt vselkedés kalakulásának oka... 9 5. A Robust Sesmc Brace Desgn módszer... 12 6. Az RSBD módszerrel megerősített épületek vselkedése... 15 7. A dsszertácó tézse... 19 8. Theses of the dssertaton n Englsh... 21 9. A dsszertácóhoz kapcsolódó publkácók... 23 1

1. A DISSZERTÁCIÓ RÖVID ÖSSZEFOGLALÁSA A Weak storey behavour of concentrcally braced steel frames subjected to sesmc actons című doktor dsszertácó a Budapest Műszak és Gazdaságtudomány Egyetem Építőmérnök Karán és az INSA de Rennes egyetemen folytatott közös felügyeletű doktor képzés és a hozzá kapcsolódó kutatás eredménye. A dsszertácó és a teljes eljárás nyelve az érntett felek által kötött szerződésnek megfelelően angol. Az alábbakban egy rövd, magyar nyelvű tartalm összefoglaló, lletve a magyar doktor eljárás követelményenek eleget téve a dsszertácó tézse kerülnek bemutatásra. A dsszertácó első fejezetében azok az smeretek kerülnek bemutatásra, amelyek szükségesek ahhoz, hogy rácsos merevítő szerkezetek szezmkus vselkedéséről és méretezéséről beszéln lehessen. Defnícók és elvek kerülnek smertetésre és betekntés nyerhető az Eurocode 8 devonatkozó részébe s. A másodk fejezet lényegében a vonatkozó rodalomból kemelt darabok bemutatásának szentelt. A fejezet első része a szerkezet elemek, úgymnt acél zártszelvényű rácsok, csomólemezek lletve acél oszlopok várható cklkus tönkremenetelével foglalkozk. A másodk rész a területen tevékenykedő legjelentősebb szerzők kutatás eredményenek rövd bemutatása A harmadk fejezet az Eurocode 8 szernt tervezett központos rácsozással merevített keretek földrengés válaszát vzsgálja. Először bemutatásra kerülnek azok a 4 és 10 sznt között 24 24 méter alapterületű épületek, melyeken növekményes dnamka analízssel kerül megvzsgálásra azok vselkedése. A fejezet részletes leírást ad továbbá a valós dnamka analízshez használt modellek felépítéséről, a használt végeselemekről, anyagmodellről és egyéb vonatkozó paraméterekről. Az elvégzett nagyszámú modellkísérletek lehetőséget adnak a merevített keretek vselkedésének átfogó jellemzésére és az eredményekben smétlődő szabályszerűségek s megállapításra kerülnek. A negyedk fejezet első felében bemutatásra kerül a központos rácsozással merevített keretek sajátságos vselkedése földrengés esetén. Megállapítást nyer, hogy hogyan függ össze a gyengesznt vselkedés, a halmozódó képlékeny alakváltozás, a merevítő rudak állagromlása és az épület modáls vselkedésének ebből származó mnőség változása. A gyengesznt vselkedéssel összefüggésbe hozható tényezők azonosítása lehetővé tesz a fejezet másodk felében az Eurocode 8 vonatkozó részenek krtka vzsgálatát, hányosságanak felsmerését. Az ötödk fejezetben felhasználásra kerülnek a korábban, a gyengesznt vselkedésről tett megállapítások egy új tervezés eljárás kalakításában. A Robust Sesmc Brace Desgn (rövden RSBD) névre keresztelt módszer alapvetően két új feltételt fogalmaz meg, amelyeket az Eurocode 8 eljárásával párhuzamosan, lletve annak egyes része helyett kell alkalmazn. A módszer elvét tekntve képlékeny analízs alapú és a szerkezet nem rugalmas vselkedésére épített. A módszer célja egyfelől a gyengesznt tönkremenetel mechanzmus kalakulásának megakadályozása, lletve a képlékeny alakváltozások arányos elosztása a szntek között. A fejezet egy jelentős részét a képlékeny analízshez szükséges belső és külső munkák meghatározásának bemutatása tesz k. Ugyan a képlékenység anyag nemlneartást feltételez, a merev képlékeny anyagmodell használatának köszönhetően a módszer vszonylag egyszerű, kéz számítással s kértékelhető képletek alkalmazására vezet. A fejezet végén a módszer alkalmasságának vzsgálatára a korábbval azonos növekményes dnamka vzsgálat eredménye találhatók. A korábban már felhasznált 2

épületek újratervezésre kerülnek az RSBD módszerrel, és nagyszámú dagram bemutatásával nyer gazolást, hogy a módszer egyenletes megbízhatósággal, a vzsgált modellek mndegykénél jelentősen javítja a földrengéssel szemben ellenállást és megszüntet a gyengesznt vselkedést. 3

2. A DISSZERTÁCIÓBAN VIZSGÁLT PROBLÉMA BEMUTATÁSA Többszntes acél, öszvér vagy akár vasbeton szerkezetű épületek vízszntes merevítésére gyakran használt megoldás az egyes oszlopközök ferde rácsozása acél szelvényekkel, lásd 1. ábra. Ez a szerkezettípus meglévő épületek földrengéssel szemben megerősítésére s elterjedten alkalmazott. A rácsozás vselkedését földrengés hatására az elmúlt évtzedekben számos szerző vzsgálta. Kutatásak során több problémát s azonosítottak, melyek a feltételezett és a valós vselkedés között jelentős különbségekkel, vagy a szabványos tervezés eljárásokkal kapcsolatosak. A vzsgált témák közül a legfontosabbak a rácsrudak képlékeny cklkus vselkedésének leírása, újszerű rácselrendezés formák, ellentmondó követelmények a hatályos szabványokban lletve a képlékeny alakváltozások lokalzácójával kapcsolatos, un. gyengesznt tönkremenetel. A korább kutatások összefoglaló tanulsága, hogy a rácsozással merevített keretek szezmkus vselkedése jelentősen eltér attól az egyszerűsített modellétől, amelyet a vonatkozó szabványok, így az Eurocode 8 s feltételez. Így tehát nylvánvaló, hogy az EC8 vonatkozó követelménye módosításra szorulnak. 1. ábra; Központos rácsozással merevített épület Az vonatkozó kérdések összessége túlmutat egy doktor dsszertácó kereten, ezért a dolgozatban bemutatott vzsgálatok tárgyát a lokálsan, egy sznten, földrengés hatására kalakuló gyengesznt tönkremenetel képz. A dsszertácó az alább kérdésekre kíván választ adn: - Mk a gyengesznt vselkedés oka, lletve az azt befolyásoló szerkezet tényezők? - M a gyengesznt vselkedés kalakulásának módja és menete? - Mlyen hatással van a gyengesznt a teljes épület ellenállásának szntjére és mennyben segít elő a tönkremenetelt? 4

- Általában mlyen vselkedés várható egy Eurocode 8 szernt tervezett rácsos merevítéstől? Hajlamos-e a szerkezet gyengesznt vselkedést mutatn? - Mely Eurocode 8 követelmények támasztanak megkérdőjelezhető elvárásokat a szerkezettel szemben? - Mlyen hatásokat és hogyan szükséges még fgyelembe venn a méretezés eljárásban? A kutatás végső célktűzése olyan méretezés eljárás kdolgozása, amely az Eurocode 8 keretebe lleszthető, és amellyel kküszöbölhető a rácsos merevítések gyengesznt vselkedése és tönkremenetele. Tovább elvárás az új eljárással szemben, hogy nagyméretű egyenletrendszerek, lletve összetett nem lneárs számítások nélkül, kéz eljárással s alkalmazható legyen, ez által gyors és hatékony alternatívát bztosítva a tervezéshez. Tervezés során a központos rácsozással merevített keretekről hagyományosan azt feltételezzük, hogy erős földrengés hatására a 2/a. ábrán látható globáls képlékeny mechanzmus alakul k. Ebben a mechanzmusban az elmozdulás rányának függvényében az egyk oldal átlók képlékenyen megnyúlnak, még a nyomott rudak khajlanak. Ez a szezmkus válasz kedvező, mert ez tesz lehetővé a legnagyobb tetőpont elmozdulást és ez nyel el a leghatékonyabban a földrengés energáját lévén, hogy az összes rácsrúd azonosan részt vesz a dsszpácóban. Az energa elnyelésével kalakuló csllapítás lehetővé tesz a méretezésben fgyelembe vett egyenértékű szezmkus terhek jelentős redukcóját. Azért, hogy ez a kedvező vselkedés kalakulhasson, bztosítan kell, hogy csak az energa elnyelő rácsrudak szenvednek képlékeny deformácókat, a gerendák és főként az oszlopok nem. Ezt a kapactás tervezés flozófának megfelelően az oszlopok és gerendák előírt mértékű túlméretezésével lehet elérn. 2/a; Globáls mechanzmus 2/b; Gyengesznt mechanzmus 2. ábra; Globáls és gyengesznt képlékeny mechanzmus A szabványos tervezésben a szezmkus terhek az un. vselkedés tényezővel redukáltak. Ennek megengedett értéke központos rácsozással merevített keretek esetén vszonylag magas q=4, am a gyakorlatban annyt jelent, hogy az egyenértékű vízszntes terhek a földrengés ntenztás 25%-ából származtatottak. Az e fölött rész a képlékeny elnyelésre lletve ksebb részben a szerkezet csllapításra bízott. A redukált terhekből a belső erőket egyszerű rugalmas analízssel kell meghatározn, így a szerkezet tulajdonságok megváltozása a képlékeny deformácók hatására elhanyagolt. Az Eurocode 8 a rácsrudak egydejű képlékeny alakváltozását és ezzel a globáls mechanzmus elősegítését azzal próbálja bztosítan, hogy megkövetel, hogy szezmkus tervezés helyzetben a legnagyobb és a legksebb rácsrúd khasználtság nem térhet el többel, mnt 25%. Ez a követelmény az alább képletekben kerül megfogalmazásra. 5

N pl, Rd, Ω = (1) Nbr, Ed, Ω 1.25 max Ω (2) mn Annak bztosítására, hogy az oszlopok és gerendák nem szenvednek képlékeny alakváltozásokat, az Eurocode 8 a bennük fellépő, a földrengésből származó normálerőket, N Ed,E, különböző túlméretezés tényezőkkel növel. (γ ov =1.25 Ω= Ω mn ) N M N + 1.1 γ Ω N (3) ( ),, Rd Ed Ed G ov Ed E A tartószerkezet geometrájából fakadó rácsos tartó hatás matt és a rugalmas analízs matt a tartószerkezet elemekben ks elhanyagolással kzárólag tengelyrányú erők ébrednek lásd 3. ábra, nyomaték nem. Éppen ezért a fent (3) követelmény kzárólag a normál teherbírással szemben támasztott. 3. ábra; Rácsos tartó erőjátéka Annak ellenére, hogy a tervezés során a globáls mechanzmus feltételezett (és látszólag bztosított), smert tény, hogy a merevített keretek gen hajlamosak egy másk mechanzmus, a korábban már említett gyengesznt mechanzmus kalakítására, lásd 2/b ábra. A gyengesznt mechanzmus során képlékeny deformácók csak egy, vagy gen lmtált számú sznten jelentkeznek. Ebben az esetben a rácsrudak többségének képlékeny energaelnyelő képessége kaknázatlan marad és az oldalrányú alakváltozások s legnkább csak a gyenge szntről származnak. a gyengesznt mechanzmus kapactása tehát messze elmarad a globáls mechanzmusétól. Tovább hátrányt jelent, hogy a szntmechanzmusban a folytonos (nem csuklósan toldott) oszlopok s érntettek, azok végen képlékeny csuklók alakulnak k. Más szóval a szntmechanzmusban az oszlopoknak olyan jelentős nyomatékokat kell elvselnük, amelyre a tervezés során nem s lettek méretezve. Ez magában hordozza az gen kora tönkremenetel lehetőségét ezért, valamnt a kedvezőtlen dsszpácós tulajdonságok matt a gyengesznt mechanzmus kalakulásának megakadályozása feltétlenül szükséges. A dsszertácó az Eurocode 8 szernt tervezett központos rácsozással merevített acélvázak gyengesznt vselkedésével foglalkozk. Egy átfogó numerkus szmulácós program keretében feltárásra kerül a szabványnak megfelelő épületek kedvezőtlen vselkedésre mutatott hajlama. Az analízs eredményenek mélyebb kértékelésével 6

azonosításra kerülnek a gyengesznt vselkedést elősegítő tényezők mely egy új, az un. Robust Sesmc Brace Desgn (RSBD) módszer kfejlesztéséhez vezet. A módszer hatékonyan megakadályozza a gyengesznt mechanzmus kalakulását, amt a numerkus szmulácós program smételt futtatása gazol. 3. AZ EUROCODE 8 SZERINT TERVEZETT ÉPÜLETEK HATÉKONYSÁGA Az Eurocode 8 eljárás hatékonyságának vzsgálatára számos különböző, központos rácsozással merevített keretszerkezetű épületet terveztem. Az egyes épületek alapvetően a szntek számában és a tartószerkezet rendszerben térnek el egymástól. A 4, 6, 8 és 10 szntes épületek azonosító kódja CBF4, CBF6, CBF8 lletve CBF10 rövdítéssel kezdődk (Concentrcally Braced Frame angol rövdítésből). Az épületek alaprajza megegyező, a két merőleges rányban 4-4 6 méter tengelytávú raszterre szerkesztett. A szntmagasság mnden esetben 3 méter, lásd 4 ábra. 4. ábra; Vzsgált épületek alaprajza és nézete A szntszámot követő 1 azonosítóval rendelkező épületek mndkét rányban rácsozottak, lásd bal oldal alaprajz. A 2 típusú épületek nyomatékbíró keretek az egyk és rácsozottak a másk rányban. Az alább táblázatban a vzsgálatok során felhasznált épületek kódja, specfkácója és első sajátrezgés alakjának peródus deje van feltüntetve. Az azonosító kódban az EC8 rövdítés a tervezés eljárásra utal. 7

1. Táblázat; A tervezett épületek lstája Épület Sajátosság Peródus (T 1 ) CBF41-EC8 4 szntes, mndkét alaprajz rányban merevített 1.13 CBF42-EC8 4 szntes, nyomatékbíró keret az egyk rányban 1.19 CBF61-EC8 6 szntes, mndkét alaprajz rányban merevített 1.65 CBF62-EC8 6 szntes, nyomatékbíró keret az egyk rányban 1.61 CBF81-EC8 8 szntes, mndkét alaprajz rányban merevített 2.10 CBF82-EC8 8 szntes, nyomatékbíró keret az egyk rányban 2.04 CBF101-EC8 10 szntes, mndkét alaprajz rányban merevített 2.54 CBF102-EC8 10 szntes, nyomatékbíró keret az egyk rányban 2.41 CBF41Q5-EC8 4 szntes, q=5 vselkedés tényezővel tervezett 1.21 CBF61Q5-EC8 6 szntes, q=5 vselkedés tényezővel tervezett 1.68 CBF61M-EC8 6 szntes, 50%-kal megnövelt födém tömeg a felül 1.78 CBF81M-EC8 8 szntes, 2%-kal megnövelt födém tömeg felül 2.17 Az épületek vselkedésének meghatározása egy növekményes dnamka analízs program (NDA) végrehajtásával történt. A nemlneárs dnamka számításokhoz a FnelG végeselemes analízs program került felhasználásra. A földrengés terhelés hét mesterséges gyorsulás adatsor által meghatározott. Mnden adatsor hossza 20 másodperc és az egyes rengések spektruma a tervezés során felhasznált Eurocode 8 spektrumhoz gazított, lásd 5 ábra. A növekményes dnamka analízs matt a rengések változó ntenztással lettek az épületeken működtetve. Az ntenztás változtatásához az adatsorok egy növekmény tényezővel szorzottak, melynek értéke 0.1 és 2.0 között változk. Spektrál gyorsulás (5% csllapítással) 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 acg-01 acg-02 acg-03 acg-04 acg-05 acg-06 acg-07 EC 8 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 Peródus dő 5. ábra; Mesterséges accelerogrammok spektruma és a tervezés spektrum A végeselemes kísérlet program elsődleges célja, hogy meghatározzuk, hogy a vzsgált épületek hajlamosak-e gyengesznt kalakulására és, hogy ez eredményez-e kora tönkremenetelt. Ennek meghatározására NDA görbék készültek a számítások eredményeből, melyek az egyes sznteken tapasztalt legnagyobb relatív eltolódást ábrázolják (IDR) a növekmény tényező függvényében. A relatív eltolódások a szntmagassággal osztottak, így az eredmények a szntmagasság százalékában adottak. A dagramokon mnden szntnek külön görbéje van, így a különbségek az egyes válaszok 8

között szemléletesek. Az 6 ábrán bemutatott néhány dagramon látható, hogy a görbék gen széles ntervallumban vesznek fel értékeket. Az egyes sznteken tapasztalt válaszok különbsége jelentős a tervezés ntenztásnál alacsonyabb tartományban s (növekmény tényező<1.0). Megfgyelhető, hogy a maxmum értékek többszörösen meghaladják a mnmumokat. Megállapítható tehát, hogy a vzsgált épületekben a dsszpácó és a képlékeny deformácók eloszlása nem egyenletes, egyes sznteken a deformácók koncentrálódnak más szntekhez vszonyítva. Fontos észrevenn továbbá, hogy az alacsonyabb sznteken tapasztalható kugrások, magasabb ntenztásoknál mérséklődnek. A bemutatott dagramokon a tönkremenetel határnak tekntett 2% relatív eltolódást a gyenge szntek az 1.0 növekmény tényezőnél ksebb sznten elérk. Elmondható tehát, hogy a vzsgált épületek nem csupán hajlamosak a gyengesznt vselkedésre, de ennek okán a másodlagos szerkezet elemek károsodása vagy az elsődlegesek törése az épületek tönkremeneteléhez s vezethet a tervezés szezmkus ntenztásnál alacsonyabb sznten s. Az Eurocode 8 követelménye így nem megfelelőek, mert nem akadályozzák meg a kora tönkremenetelt és nem eredményezk az elvárt globáls képlékeny vselkedés kalakulását. IDR [%] 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 St6 St5 St4 St3 St2 St1 CBF62-EC8 0,0 0,00 0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 1,75 2,00 növekmény tényező 6. ábra; NDA görbék 4. A GYENGESZINTI VISELKEDÉS KIALAKULÁSÁNAK OKAI IDR [%] 0,0 0,00 0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 1,75 2,00 növekmény tényező Az eddg bemutatott kedvezőtlen eredmények szükségessé teszk a gyengesznt vselkedést mutató rácsozott keretek válaszának behatóbb vzsgálatát. Ha megvzsgáljuk a 7 ábrán bemutatott deformálódott szerkezet alakját a gerjesztés után, látható, hogy a merevítő rudak szögletesen khajlanak. A szögletesség oka, hogy a rudak közepén a gerjesztés során képlékeny csukló alakul k, melynek ellenállása a halmozódó képlékeny alakváltozások matt csökken, és ez megkönnyít a khajlást. Húzás során a rudak képlékeny megnyúlása megnövelk a terheletlen hosszat, mnek következtében a rudak akkor s nyomottak, ha az épület oldalrányban terheletlen és függőlegesen nyugalm helyzetben van. A képlékeny megnyúlások tehát tovább növelk a rudak szögletes khajlásának mértékét. 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 St8 St7 St6 St5 St4 St3 St2 St1 CBF81-EC8 7. ábra; A rácsrudak képlékeny deformácója 9

A 8 ábrán egy rúd tengelyrányú erő elmodulás dagramja látható, mely egy 20 másodperces gerjesztésből származk. Megfgyelhető, hogy a számos cklus közül háromban jelenős képlékeny megnyúlás alakul k. A megnyúlás halmozódása a khajlás pont eltolódásához vezet, amt az ábrán a pros ív jelöl. A khajláshoz tartozó erő lecsökken és a khajlás már a poztív, tehát a húzás tartományában kalakul. Az s megfgyelhető továbbá, hogy a megnyúlás matt jelentős húzóerőkhöz lényegesen nagyobb elmozdulások szükségesek, mnt kezdetben. Ez úgy s értelmezhető, hogy a rúd tengelyrányú merevsége lecsökken, melyet a pros egyenesek jelölnek. 1,2 1 0,8 0,6 húzás N/N pl 0,4 0,2 0-0,2 nyomás -0,4-12 -10-8 -6-4 -2 0 2 4 6 8 10 Déformaton axale ε[ ] 8. ábra; Egy rácsrúd fajlagos normál génybevétel deformácó dagramja A rácsrudak növekvő deformácója matt a normálerő lecsökken a rudakban és a vízszntes terhelés fokozatosan az oszlopokra hárul. Az oszlopok hajlítómerevsége többnyre lényegesen ksebb vízszntes eltolódással szemben merevséget bztosít az érntett sznten, mnt a merevítő rudak normálmerevége. Ezért a gyenge sznteken, ahol a rudak deformácója kemelkedő, a vízszntes merevség lényegesen lecsökken a több sznthez képest. A merevség vszonyok lyen jellegű változása jelentősen megváltoztatja az épület sajátrezgés alakjat és peródusat. A 9 ábrán egy a harmadk emeleten gyenge sznt vselkedést mutató 4 szntes épület első két sajátrezgés alakja és az eltolódások várató maxmuma láthatók. A rezgésalakok elkülönülnek olyan esetekre, melyek a gyenge sznt felett, lletve alatt épületrészek rezgését mutatják. Az első rezgésalak peródusa lényegesen magasabb, mnt a másodké, továbbá az egyéb magasabb módok elhanyagolhatók, ezért a maxmáls elmozdulások elsősorban az első rezgés alak által meghatározottak. Így az épület várható válasza a gerjesztésre olyan módon alakul, hogy az elősegít az elmozdulások és a halmozódó képlékeny alakváltozások koncentrácóját a már eleve gyenge sznten, am a merevség tovább csökkenéséhez vezet. 10

m 4 k 4 m 3 k 3 m 2 k 2 m 1 k 1 9. ábra; Gyengesznt hatása a modáls vselkedésre A fent leírt folyamat egy smétlődő cklus kalakulásához vezet, amely fokozatosan növel a képlékeny deformácót és alakítja k a gyengesznt vselkedést. Következés képpen a gyengesznt mechanzmus egy öngerjesztő, földrengés során kalakuló folyamatként jellemezhető. A cklus smétlődését a gyenge sznt tönkremenetele tör meg. Ez egyrészről bekövetkezhet az oszlopok teherbírásának kmerülése matt, vagy a merevítő rudaknak a képlékeny alakváltozások halmozódásából származó törése matt. A cklus kellően nagyszámú smétlés esetén szükségszerűen tönkremenetelhez vezet. Lévén, hogy egy rengés során a cklus smétlődésének száma véges, kellően duktls rácsrudak valamnt kellő merevségű és képlékeny nyomaték többlet-teherbírású oszlopok választásával a tönkremenetel megakadályozató. 10. ábra; A gyengesznt vselkedés kalakulásának organgramja Egy merevített keret lneárs statka analízse a rácsos tartó vselkedés matt csaknem kzárólag normál génybevételeket eredményez a szerkezet elemekben. Ezzel szemben, mnt ahogy azt korábban már említettük, a rácsok deformácója bevonja a folytonos oszlopokat a vízszntes tehervselésbe, ezért azok hajlítottak lesznek. Tekntettel arra, hogy hajlító nyomaték a lneárs analízsből valós nagyságrendben nem nyerhető, a méretezés során az oszlopok normál teherbírása túlbecsült, am alulméretezéshez vezet. Továbbá az oszlopokban a gyengesznt vselkedés során képlékeny alakváltozások s előfordulhatnak, ezért azoknak kellő duktltással s rendelkeznük kell. Ez még szgorúbb követelmények használatát tesz szükségessé az oszlopméretezésben. 11

Az eddg leírtak alapján a dsszertácóban az alább konklúzók találhatók az Eurocode 8 tervezés követelményere vonatkozóan: - Az épületek többnyre hajlamosak a gyengesznt vselkedés kalakítására - A képlékeny deformácók lokalzácója a gyenge sznten számos esetben kora tönkremenetelhez vezet. - A rácsrudak képlékeny deformácója a modáls vselkedés és ezzel együtt a vízszntes teherelrendezés megváltozásához vezet, am az Eurocode 8-ban semmlyen módon sem jelenk meg. - Az Eurocode 8-ban alkalmazott rugalmas méretezés és a kapcsolódó feltevések lényegesen eltérnek a valós rugalmatlan vselkedéstől - A rácsrudak khasználtságát egységesítő követelmény, (2) egyenlet, nem érvényes bármlyen véletlenszerűen kalakuló rugalmatlan vselkedés tartományában a teherelrendezés és a belső erők megváltozása matt, ezért a követelmény nem alkalmas a gyengesznt vselkedés kalakulásának megakadályozására. - Az Eurocode 8 szernt analízs alulbecsül az oszlopokban várható nyomaték nagyságát, ezért a méretezés eljárás nem bztosít kellő teherbírás tartalékot az oszlopokban. - Az Eurocode 8 még csak folytonos oszlopok használatát sem követel meg. A követelményeket folytonos és csuklósan toldott oszlopok s kelégítk. 5. A ROBUST SEISMIC BRACE DESIGN MÓDSZER Az RSBD módszer első alapvető tulajdonsága, hogy a tökéletes, rugalmas modell helyett valószerűbb, a rugalmatlan vselkedésre jellemző modellt vzsgál. Ez gyenge sznttel rendelkező épületben a vízszntes eltolódások közelítőleg merevtest-szerűek a kérdéses sznt fölött és elhanyagolhatók az alatt. Az ebből származó vízszntes tehetetlenség erő eloszlás konstans a gyengesznttől felfelé az épület tetejég (azonos födémtömegeket feltételezve), lásd 11. ábra. A képlékenységtan knematka elve alapján ez a teherelrendezés akkor eredményezhet a globáls mechanzmust a lokáls helyett, ha a globáls mechanzmus teher paramétere, λ glob, ksebb, mnt a sznt mechanzmus teher paramétere, λ loc. Egy n szntes merevített keretben n különböző teherelrendezés lehetséges (fentről az n-edk szntg), ezért az alább feltételt n különböző paraméter párnak kell kelégíten. λloc, 1.0 ahol =1..n (4) λ glob, Response Equvalent load pattern Global mechansm Local mechansm glob loc 11. ábra; Rugalmatlan számítás modell 12

A fent feltétel a rácsok és az oszlopok keresztmetszetének növelésével egyaránt kelégíthető, mert ezek egyaránt érntettek a szntmechanzmusban. Ha egy szélsőséges esetet tekntve a teljes képlékeny teherbírás egy sznten kzárólag a rácsrúdból származk, akkor az eső folyáshoz és a képlékeny szntmechanzmus kalakulásához tartozó tehersznt azonos. Lévén, hogy a módszer megakadályozn szándékozk a szntmechanzmus kalakulását, a vzsgált esetben a rácsrúd megfolyását s megakadályozza. Így a sznt rugalmas marad, és nem vesz részt a képlékeny dsszpácóban. Ezzel szemben, ha egy sznt képlékeny teherbírása főként az oszlopokból származk, akkor ezen a sznten lényegesen nagyobb elmozdulásokra lehet számítan, mnt más sznteken. Ennek oka, hogy a hajlított oszlopok lényegesen nagyobb elmozdulásokat engednek meg a teherbírás határ eléréség, mnt a rácsos merevítés. Egy lyen sznten tehát gyengesznt vselkedés várható. Az mént bemutatott két alternatíva a 12. ábrán fel van tüntetve az deáls szezmkus ntenztás elmozdulás vselkedéssel együtt. 12. ábra; Egy sznt lehetséges válaszanak alternatívá Az RSBD módszer másodk feltételének célja, hogy megakadályozza azokat az eseteket, melyek túl nagy vagy túl kcs rugalmatlan alakváltozásokat eredményeznek egyes sznteken. Egy lyen feltétel defnálásához a várható rugalmas képlékeny vselkedések vzsgálata szükséges. A 13. ábrán a két szélsőséges vselkedést bemutató teher paraméter vízszntes eltolódás dagramok láthatók. A fekete vonal egy károsodás mentes sznt dealzált Pushover görbéje. A pros vonalak különböző mértékű rácsrúd deformácóval zavart szntek vselkedését írják le. Ha a rácsrúd folyásához tartozó teherparaméter, λ br, közel van a globáls mechanzmus paraméteréhez, λ glob, nagy rugalmatlan alakváltozások nem alakulnak k és az első folyáshoz és a globáls mechanzmus kalakulásához tartozó elmozdulások közel esnek egymáshoz (bal dagram). Ellenben, ha a lobáls paraméter lényegesen meghaladja az első folyás paraméterét, az oszlopok jelentős eltolódásokat engednek meg a globáls mechanzmus teherszntjének eléréség (jobb dagram). Láthatóan, a várható rugalmatlan elmozdulások nagysága összefüggésben van a globáls és az első folyás teherparaméterének arányával. A részletek elhanyagolásával az RSBD módszer másodk feltétele szernt ez az arány, mely a BPR (Brace Performance Rato) neve kapta, az egyes sznteke nem térhet el jobban, mnt 0.1. Ez a feltétel tehát azt kívánja bztosítan, hogy a rugalmatlan elmozdulások aránya se térjen el jelentősen. br, BPR = λ és BPRmn + 0.1 BPRmax (5) λ glob, Nylvánvaló, hogy ha a BPR 1.0 közel, akkor a rácsrúd részesedése túl magas, az oszlopok teherbírása nem szükséges és így ez a sznt nem szenved rugalmatlan alakváltozásokat. Ezért javasolt, hogy a BPR értéke ne haladja meg a 0.9-et. 13

loc glob d loc glob br loc glob br IDR IDR PGA PGA del=dbr dglob d del=dbr dglob d loc glob br del=dbr 13. ábra; Túl és alulméretezett rácsok hatása a rugalmatlan alakváltozásokra Az RSBD módszer feltételehez szükséges teker paramétereket a képlékeny mechanzmusokon végzett külső és belső munkák ekvvalencájával határozhatjuk meg. A globáls mechanzmus esetén ez az alább: W, glob, WG, glob W (6) λ t, br, + = A fent képletben W λ,glob, a külső horzontáls erők munkája, W G,glob a gravtácós terhek másodrendű munkája és W t,br, egy rácsrúd belső munkája az -edk sznten. A részleteket mellőzve a fent összefüggés az alább bővített alakban írható: 2 B λ α (7) n k n m k k= 1 glob, mpk B l G + k, l = N pl, br, B cos k= l= 1 k= 1 l= 1 2 H k k= 1 ahol mp a szntek tömegarányat jelölő vektor (nem állandó födémtömegek esetén), B az előírt vízszntes sznteltolódás (javasolt értéke 2%), G,j az -edk sznten és j-edk oszlop - gerenda csomópontba redukált egydejű gravtácós teher, H a szntmagasság, N pl a képlékeny normál teherbírás és α a rácsrúd és a vízszntes által bezárt szög. A szntmechanzmus esetén az energa egyenértékűség az alább formában írható: Wλ + W = W + W (8), loc, G, loc, t, br, col, A részleteket smét elhanyagolva, bővített formában: n n m 2 B B B λloc, mpk + Gk, l + ecol, l = k= k= l= 1 2H H m B = N B cosα + M H pl, br, col,, j j= 1 A (7) és (9) egyenletekből a teherparaméterek explct módon kfejezhetők. dglob 2 n m Bk k 1 N pl, br, B cos G = α k, l k= 1 l= 1 2 H k k= 1 λ glob, = (10) n k mpk Bl k= l= 1 d (9) 14

m n m 2 B B N pl, br, B cosα + M red,, j Gk, l j= 1 H k= l= 1 2H λ loc, = (11) n B mp A λ br meghatározásához szükséges képlet azonos a (11) egyenlettel az oszlopok nyomaték tartalékából (M red ) származó munkavégzés nélkül. n m 2 B N pl, br, B cosα Gk, l k= l= 1 2H λ br, = (12) n B mp k= k= k k 6. AZ RSBD MÓDSZERREL MEGERŐSÍTETT ÉPÜLETEK VISELKEDÉSE Az alábbakban két kválasztott épület esetén az eredet Eurocode 8 szernt és az RSBD módszerrel nyert szerkezetek kerülnek bemutatásra táblázatosan lletve azok szezmkus vselkedése a korábban már használt NDA görbékkel. A táblázatokban a lényeges keresztmetszetek, a túltervezés tényezők (Ω ) lletve az RSBD teherparaméterek adottak. Az első táblázatban az első RSBD feltételt nem kelégítő paraméter arányok lletve a legnagyobb és legksebb BPR (másodk feltétel) vastagon szedett. A másodk táblázatban a módosított keresztmetszetek és a két BPR kemelt. A táblázatok alatt a legnagyobb és legksebb túltervezés tényező aránya látható, melynek a (2) feltételt kell(ene) kelégítene. Az egyes épületekre adott első táblázatot és a vonatkozó NDA görbét vzsgálva megfgyelhető, hogy az RSBD módszer gen pontosan azonosítja a gyenge sznteket az EC8 épületekben. Látható továbbá az s, hogy a feltételtől való eltérés mértéke arányos a gyengesznt jelentőségével. Mvel a gyengeszntek megerősítése módosítja a globáls teherparamétereket s, egyes épületek esetén szükséges a gyenge sznttel szomszédos szntek megerősítése s. Ez azt gazolja, hogy az RSBD módszer nem csak a gyengeszntek azonosítására és megerősítésére jó, hanem egyszersmnd azt s megakadályozza, hogy a megerősítés után a gyenge sznt máshol továbbra s jelen legyen. Ez utóbb jelenségre a kutatás során számos példa adódott. A megerősített épületek legtöbbször megsértk a (2) egyenletben defnált EC8 követelményt. Ennek ellenére a megerősített épületek vselkedése kvétel nélkül gen kedvező, karcsú görbesereget mutat az NDA dagramon. Ez gazolja, hogy az RSBD módszer az épületben jól elosztott dsszpácót eredményez. E mellett az RSBD épületek mnd megfelelnek a tervezés, sőt sok esetben lényegesen erősebb szezmkus ntenztás esetén s. A bemutatott példákban a tönkremenetel a tervezés ntenztás 150%-a után várható és nem gyengesznt vselkedés következtében. 2. táblázat; CBF62-EC8 sznt belső oszlop homlokzat oszlop rácsrúd Ω λ loc λ glob λ glob BPR 6 HEA 180 HEA 180 90 5 1.00 436.9 513.9 0.85 0.62 5 HEB 180 HEB 180 100 6 0.98 343.1 280.3 1.22 0.72 4 HEB 240 HEB 200 100 8 1.01 316.2 205.5 1.54 0.80 3 HEB 260 HEB 240 100 10 1.04 300.6 171.3 1.75 0.84 2 HEB 280 HEB 260 100 10 0.99 272.6 154.2 1.77 0.78 1 HEB 320 HEB 320 120 10 1.00 186.0 146.8 1.27 0.78 Ω max /Ω mn =1.06 λ loc 15

3. táblázat; CBF62-RSBD sznt belső oszlop homlokzat oszlop rácsrúd Ω λ loc λ glob λ glob BPR 6 HEA 180 HEB 180 100 5 1.15 524.5 528.1 0.99 0.70 IDR [%] 5 HEB 180 HEB 180 100 6.3 1.00 385.2 288.1 1.34 0.76 4 HEB 240 HEB 200 100 8 1.00 320.6 211.3 1.52 0.78 3 HEB 260 HEB 240 100 10 1.03 300.6 176.0 1.71 0.81 2 HEB 280 HEB 260 100 10 0.97 272.6 158.4 1.72 0.76 1 HEB 320 HEB 320 120 10 0.98 186.0 150.9 1.23 0.76 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 St6 St5 St4 St3 St2 St1 CBF62-EC8 Ω max /Ω mn =1.19 0,0 0,00 0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 1,75 2,00 növekmény tényező 14. ábra; NDA görbék, hatszntes épület 4. táblázat; CBF81-EC8 sznt belső oszlop homlokzat oszlop rácsrúd Ω λ loc λ glob λ glob BPR 8 HEA 160 HEA 160 90 5 0.99 402.0 609.5 0.66 0.53 7 HEB 180 HEA 180 100 6.3 1.05 296.3 325.1 0.91 0.67 6 HEB 220 HEB 200 100 8 1.01 245.0 232.2 1.05 0.71 5 HEB 240 HEB 220 100 10 1.10 229.0 187.5 1.22 0.77 4 HEB 280 HEB 240 120 10 1.01 217.5 162.5 1.34 0.88 3 HEB 300 HEB 280 120 10 0.98 192.3 147.8 1.30 0.78 2 HEM 240 HEB 320 140 10 0.98 210.8 139.3 1.51 0.85 1 HEM 240 HEM 240 140 10 1.00 147.2 135.5 1.09 0.74 Ω max /Ω mn =1.07 5. táblázat; CBF81-RSBD sznt belső oszlop homlokzat oszlop rácsrúd Ω λ loc λ glob λ glob BPR 8 HEA 160 HEA 240 100 6.3 1.40 689.3 662.2 1.04 0.70 7 HEB 180 HEA 240 100 8 1.21 471.3 353.2 1.33 0.78 6 HEB 220 HEB 200 100 10 1.22 309.2 252.3 1.23 0.80 5 HEB 240 HEB 220 100 10 1.11 242.6 203.8 1.19 0.77 4 HEB 280 HEB 240 120 10 1.17 217.5 176.6 1.23 0.80 3 HEB 300 HEB 280 120 10 1.07 192.3 160.5 1.20 0.72 2 HEM 240 HEB 320 140 10 1.08 210.8 151.4 1.39 0.79 1 HEM 240 HEM 240 140 10 0.98 147.4 147.2 1.00 0.69 IDR [%] 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 Ω max /Ω mn =1.43 St6 St5 St4 St3 St2 St1 λ loc CBF62-RSBD 0,0 0,00 0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 1,75 2,00 növekmény tényező λ loc λ loc 16

IDR [%] 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 15. ábra; NDA görbék, nyolcszntes épület Az egyes NDA görbeseregeknél a gyengesznt hajlam jellemzésére használható a legnagyobb és legksebb relatív eltoldás között különbség. Ahhoz azonban, hogy megkülönböztethetők legyenek azok az esetek, melyeknél csupán egy sznt tér el jelentősen a többtől és azok, amelyekben több és ezért a gyengesznt vselkedés fokozottabb, célszerű az eltolódás eredmények szórását (σ) meghatározn mnden gyorsulás adatsornál. ahol: St8 St7 St6 St5 St4 St3 St2 St1 CBF81-EC8 0,0 0,00 0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 1,75 2,00 növekmény tényező IDR [%] 1 2 2 2 σ IDR = ( IDR1 IDR ) + ( IDR2 IDR ) + + ( IDRn IDR ) n µ µ µ (13) 1 ( ) (14) µ n IDR = IDR1 + + IDR n 0,0 0,00 0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 1,75 2,00 növekmény tényező Alacsony ntenztásnál a szórás semelyk épületnél sem nagy, a tervezést jóval meghaladó ntenztásnál pedg a szórás a tönkremenetel matt szükségszerűen nagy. Ezért a szórást csak a 0,75 1,25 növekmény tényező tartományban határozzuk meg. Egy-egy épület vselkedésének jellemzésére az megjelölt ntervallumban és az összes gyorsulás adatsorhoz tartozó szórások átlagát vesszük. Az így kapott eredményt gyengesznt tényezőnek nevezzük. Azért, hogy megvzsgálhassuk az épületek megbízhatóságát, vagy más szóval érzékenységét az azonos ntenztású gyorsulás adatsorok különbözőségere, bevezetjük a megbízhatóság tényezőt s. Megvzsgáljuk, hogy mennyre térnek el az egyes gyorsulás adatsorokból kapott eredmények úgy, hogy a meglévő szórások szórását számoljuk mnden növekmény tényezőnél külön, majd a már említett ntervallumban ezek átlagát vesszük. Az így kapott eredmény egy számmal (relatív eltolódással) jellemz az érzékenységet. Nagyobb megbízhatóság tényező nagyobb érzékenységet, más szóval ksebb megbízhatóságot jelent. A 16 ábrán mnden a kutatás során vzsgált épület gyengesznt és megbízhatóság tényezője egy-egy oszlopdagramon ábrázolt. Látható, hogy az EC8 épületek gyengesznt hajlama a szntszámmal arányosan nő. Ezzel szemben az RSBD módszer ezt a tényezőt egy alacsony és nagyjából konstans értéken tartja még az utolsó négy specáls épület esetén s. Az EC8 épületekben a gyengesznt tényező mnden esetben magasabb, akár többszöröse az RSBD épületeknél számítottnak. A megbízhatóság tényező grafkonja azt mutatja, hogy az EC8 épületek nem csak hajlamosabbak gyengesznt vselkedésre, hanem jóval érzékenyebbek az adott gyorsulás adatsor jellegzetességere, mnt az RSBD épületek. Az RSBD módszer épülete ezen a grafkonon s alacsony és jobbára konstans érzékenységet mutatnak. 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 St8 St7 St6 St5 St4 St3 St2 St1 CBF81-RSBD 17

A két grafkon alapján megállapítható, hogy az RSBD módszer amely: képletszerűen, kéz módszerrel s kértékelhető (excel) az Eurocode 8 keretbe lleszthető alkalmas a gyengesznt vselkedés és tönkremenetel megakadályozására és olyan épületeket szolgáltat, melyek megbízhatóan ellenállnak a tervezés ntenztású földrengéseknek. IDR [%] IDR [%] 1,40% 1,20% 1,00% 0,80% 0,60% 0,40% 0,20% 0,00% 0,50% 0,40% 0,30% 0,20% 0,10% Gyengesznt tényező EC8 RSBD 41 61 81 101 42 62 82 102 41Q5 61Q5 61M 81M Megbízhatóság tényező EC8 RSBD 0,00% 41 61 81 101 42 62 82 102 41Q5 61Q5 61M 81M 16. ábra; Az RSBD módszer hatékonyságát mutató dagramok 18

7. A DISSZERTÁCIÓ TÉZISEI I. tézs [1, 2, 5, 7, 8, 9, 10] Számos eltérő, az EN 1998-1 (a továbbakban Eurocode 8) előírásanak megfelelő központos rácsozással merevített acélszerkezetű épületen végeztem növekményes dnamka szezmkus analízst és megvzsgáltam azok gyengesznt vselkedését; valamnt általánosítottam a gyengesznt vselkedés jellegét a tapasztalatok alapján. I/a A parametrkus vzsgálatok alapján megállapítottam, hogy az Eurocode 8 szernt tervezett rácsozott keretek hajlamosak gyengesznt vselkedést mutatn többnyre az épület felső harmadában; a szntszám növekedése felerősít ezt a vselkedést és több épületben tönkremenetel s várható a tervezés földrengés ntenztás elérése előtt. I/b A tapasztalt válaszok alapján általánosságban különbséget tettem a gyengesznt vselkedés és a gyengesznt tönkremenetel között, am a későbbekben megalapozta a kfejlesztett tervezés eljárás követelményenek számát és elvét. I/c Megmutattam, hogy egy épület gyengesznt vselkedés hajlama a tervezés szezmkus ntenztástól függetlenül, pusztán a szerkezet teherbírás arányanak vzsgálatával s lehetséges. I/d Példával llusztráltam, hogy a heursztkus alapon végzett megerősítés nem szükségszerűen vezet jobb teljesítményű épülethez és, hogy a helyes megerősítést összehangoltan az oszlopok és a rácsok együttes változtatásával kell végrehajtan. II. tézs [1, 2, 5, 7, 8, 9, 10] A megvzsgált épületek szezmkus vselkedésének részletes vzsgálatával leírást készítettem a maradó rácsrúd deformácók következtében fokozatosan kalakuló gyengesznt vselkedéséről, az azt elősegítő tényezőkről és mndezek reprezentácójáról, lletve annak hányáról az Eurocode 8 szabványban. II/a Megmutattam, hogy a rácsrudak képlékeny deformácója az épület dnamka vselkedésének jelentős megváltozásához vezet. Igazoltam, hogy a deformálódott alak geometrájának felvételével a lneárs modál analízssel jól közelíthetők az nelasztkusan vselkedő épületek válaszanak pllanatny állapota. II/b Megmutattam, hogy a rácsrudak deformácójából származó oldalrányú szntmerevség csökkenés jelentős mnőség változást eredményez az épület modáls vselkedésében és így a várható szezmkus válaszban s. Ez a változás a belső erők olyan jellegű átrendeződésével jár, am szükségszerűen megsért és így érvénytelenít az Eurocode 8-nak a túltervezés tényezőkre vonatkozó homogentás követelményét. II/c Megmutattam, hogy már ksmértékű képlékeny rácsrúd megnyúlások s áthárítják jelentősen a vízszntes tehervselést az oszlopokra. Ennek következtében jelentős nyomatékok ébrednek a nem csuklós oszlopokban, mely hatás a szabványos analízsből nem származtatható, így az Eurocode 8 oszlopokkal szemben támasztott követelménye nem kelégítő. II/d A központos rácsozással merevített keretek gyengesznt vselkedésének kalakulását egy öngerjesztő folyamatként jellemeztem, amelyről folyamatábrát s készítettem és htelességét az épületek elmozdulás dő adatsoranak analízsével bzonyítottam. 19

III. tézs [3, 4, 6, 11] Megalkottam a Robust Sesmc Brace Desgn (RSBD) tervezés feltételeket, melyek célja az Eurocode 8 nem elégséges feltételenek helyettesítése és a gyengesznt vselkedés kalakulásának megakadályozása. A feltételek defnálásánál fgyelembe vettem a deformácók által befolyásolt szerkezet lehetséges modáls vselkedés módjat és az oszlopok nyomaték teherbírásának szerepét. III/a A képlékenységtan szélsőérték tételenek felhasználásával defnáltam az RSBD módszer első követelményét, amely a gyengesznt tönkremenetel mechanzmus létrejöttét gátolja meg. III/b Defnáltam az RSBD módszer másodk követelményét az egyes sznteken tapasztalható dsszpácó és elmozdulások homogenzálására. A feltétel elvét a várható rugalmatlan elmozdulások arányaból származtattam. III/c Defnáltam az RSBD módszerben használt teher paraméterek meghatározására használható képleteket. A képleteket másodrendű és elsőrendű analízshez s megadtam, valamnt egy harmadk egyszerűsített formát s levezettem. IV. tézs [3, 6, 11] Növekményes dnamka analízs használatával megvzsgáltam az RSBD módszer szernt megerősített épületek vselkedését és ez alapján jellemeztem az új módszer hatékonyságát. IV/a Megmutattam, hogy a megerősített épületek egykében sem tapasztalható a gyengesznt vselkedés és tönkremenetelük s lényegesen a tervezés szezmkus ntenztás felett várható csupán. Bemutattam, hogy az épületek magas teljesítménye a szerkezet méretek tovább csökkentését, a szerkezet gazdaságosabbá tételét tesz lehetővé. IV/b Egy az egyes sznteken tapasztalható maxmáls eltolódások különbségéhez rendelt mérőszámmal gazoltam, hogy az RSBD módszer mnden vzsgált épületben azonos mértékben egységesít az egyes szntek szerepét az épület teljes oldalrányú eltolódásában. IV/c Az egyes földrengés adatsorokra adott válaszok között különbséghez rendelt mérőszámmal gazoltam, hogy az RSBD módszerrel megerősített épületek ks érzékenységet mutatnak az adott rengés specfkácóra szemben az Eurocode 8-nak megfelelő épületekkel. 20

8. THESES OF THE DISSERTATION IN ENGLISH Thess I [1, 2, 5, 7, 8, 9, 10] I have conducted ncremental dynamc analyss (IDA) on varous mult-storey concentrcally braced frames (CBF) desgned accordng to EN 1998-1 (EC8). I have observed ther susceptblty to exhbt weak storey behavour and I have gven a general descrpton of the weak storey phenomenon n CBF-s upon the experences. I/a Based upon the parametrc studes I have determned that the EC8 CBF desgns are prone to weak storey behavour mostly n the upper thrd of the buldng. The ncrease of the storey number ndrectly amplfes the behavour. Due to the unfavourable behavour collapse below the desgn sesmc ntensty s also lkely. I/b I have ntroduced a dstncton between the weak storey behavour and the weak storey-nduced early collapse, whch later provded a bass for the development of the concept and crtera of a redesgn method. I/c I have shown that the susceptblty of a CBF to exhbt the weak storey behavour can be dentfed wthout the exact defnton of the desgn sesmc ntensty, merely by the analyss of resstance relatons between the storeys. I/d I have proven by examples that the heurstc renforcng of the weak storey may not necessarly yeld a better desgn and hgher sesmc resstance, and that the renforcement has to be carred out by a properly synchronsed renforcement of both the braces and the contnuous columns. Thess II [1, 2, 5, 7, 8, 9, 10] Va the detaled analyss of the response of the CBF-s I have provded a detaled descrpton on how the brace deteroraton results n a gradual development of the weak storey behavour, what are the contrbutng factors to ths development and how these are not referred to EC8 provsons. II/a I have shown that the deteroraton of the braces results n the change of the modal behavour of a CBF. I have verfed that he ntroducton of the trangular deformaton of the braces n an elastc modal analyss model yelds relable snapshots of the nelastc behavour. II/b I have shown that the change of the modal behavour results n the change of the expected sesmc response and sesmc loadng. Ths change rearranges the nternal forces n a way that the unformty condton of EC8 mposed on the storey overstrength factors gets volated and vod. II/c I have shown that even moderate brace deteroratons devolve the lateral loadng on the columns. Consequently the contnuous columns become bent, whch otherwse s not resulted by regular lnear analyss. Therefore, the requrement mposed upon columns n EC8 s not satsfactory. II/d I have charactersed the development of the weak storey behavour as a selfamplfyng phenomenon n CBF-s. I have provded an organgram of the process and I have proved ts vablty by the analyss of varous responses. 21

Thess III [3, 4, 6, 11] I have created the two crtera of the Robust Sesmc Brace Desgn (RSBD) method that am to replace the nsuffcent requrements of EC8 and to prevent the development of weak storeys. I have taken nto consderaton n the crtera the probable changes of the modal behavour and mportance of the moment resstance of the columns. III/a Wth the applcaton of the knematc prncple of the theory of plastcty I have defned the frst crteron, whch ntends to prevent he occurrence of the weak storey falure. III/b I have defned the second crteron n order to dstrbute the dsspaton and to equalze the lateral drft of the storeys. The concept of the crteron s based on the expected nelastc drft proportons of the storeys. III/c I have elaborated lnear formulae for the calculaton of the load multplers needed for the evaluaton of the RSBD method. I have gven the formulae n frst and second order form and also a thrd, smplfed verson has been derved. Thess IV [3, 6, 11] I have examned the performance of CBF-s renforced by the RSBD method by means of ncremental dynamc analyss and I have determned the effcency of the method. IV/a I have shown that none of the renforced buldngs were susceptble to exhbt weak storey behavour and falure s also expected above the desgn sesmc ntensty. The hgh performance allows further reducton of the cross sectons and a more economc desgn. IV/b Wth an approprately chosen measure of the broadness of the IDA curves I have llustrated that the RSBD method unfes the nvolvement of the storeys n the lateral drft smlarly n every consdered example. IV/c Wth an approprately chosen measure of the dfferences between the responses gven to dfferent acceleraton records I have shown that the buldngs renforced by the RSBD method are not senstve to accelerogram partculartes, the desgn are robust unlke the ones desgned accordng to EC8. 22

9. A DISSZERTÁCIÓHOZ KAPCSOLÓDÓ PUBLIKÁCIÓK Folyórat ckkek [1] D. B. Merczel, H. Somja, J.-M. Arbert, J. Lógó: On the behavour of concentrcally braced frames subjected to sesmc loadng. PERIODICA POLYTECHNICA-CIVIL ENGINEERING 57:(2) pp. 113-122 (2013) do.:10.3311/pp.c.2013-2.02 [2] D.B. Merczel, H. Somja, J.-M. Arbert, M. Hjaj: Investgaton nto the weak storey behavour occurrng n concentrcally braced frames desgned accordng to Eurocode 8. Bulletn of Earthquake Engneerng, megjelenés alatt. (2015) [3] D.B. Merczel, H. Somja, J.-M. Arbert, J. Lógó: Plastc analyss-based sesmc desgn method of concentrcally braced steel frames. Bulletn of Earthquake Engneerng, megjelenés alatt. (2015) [4] Kalszky S, Lógó J, Merczel B D: Softenng and hardenng consttutve models and ther applcaton to the analyss of bar structures. MECHANICS BASED DESIGN OF STRUCTURES AND MACHINES 39:(3) pp. 334-345. (2011) do: 10.1080/15397734.2011555733 Konferenca ckkek [5] D. B. Merczel, H. Somja, J.-M. Arbert, M. Hjaj, J. Lógó: On the weak storey behavour of concentrcally braced frames. Eurodyn 2014 Porto, Portugal, 2014.06.30-2014.07.02. Paper 1629. [6] D. B. Merczel, H. Somja, J.-M. Arbert, M. Hjaj, J. Lógó: Plastcty-based method to avod weak storey behavour of concentrcally braced frames. Eurosteel 2014 Naples, Italy, 2014.09.10-2014.09.12. Paper 683. [7] D. B. Merczel, H. Somja, J.-M. Arbert, M. Hjaj, J. Lógó: On the plastcty based sesmc desgn of concentrcally braced steel frames. In: C Adam, R Heuer, W Lenhardt, C Schranz (szerk.) Venna Congress on Recent Advances n Earthquake Engneerng and Structural Dynamcs 2013 (VEESD 2013). Wen, Ausztra, 2013.08.28-2013.08.30. pp. 1-10. Paper 179. [8] Merczel Dánel Balázs: On the behavour of concentrcally braced frames subjected to sesmc loadng. In: Józsa János, Lovas Tamás, Németh Róbert (szerk.) Proceedngs of the Conference of Junor Researchers n Cvl Engneerng 2012. Budapest, Magyarország, 2012.06.19-2012.06.20. Budapest Műszak és Gazdaságtudomány Egyetem, pp. 116-125. ISBN: 978-963-313-061-2 [9] Merczel Dánel Balázs: The development of the soft-storey mechansm n concentrcally braced steel frames subjected to sesmc acton. In: Józsa János, Lovas Tamás, Németh Róbert (szerk.) Proceedngs of the Second Conference of Junor Researchers n Cvl Engneerng. Budapest, Magyarország, 2013.06.17-2013.06.18. Budapest: Budapest Műszak és Gazdaságtudomány Egyetem [10] Danel B. Merczel, Jean-Mare Arbert, Hugues Somja, Mohammed Hjaj, János Lógó: On the weak storey behavour of concentrcally braced frames. 8th Internatonal Conference on Behavor of Steel Structures n Sesmc Areas STESSA 2015, Shangha, Chna, July 1-3, 2015. Elfogadva. [11] Danel B. Merczel, Jean-Mare Arbert, Hugues Somja, Mohammed Hjaj, János Lógó: A method to avod weak storey mechansms n concentrcally braced frames. 8th Internatonal Conference on Behavor of Steel Structures n Sesmc Areas STESSA 2015, Shangha, Chna, July 1-3, 2015. Elfogadva. 23