A FÖLDRENGF LDRENGÉSRŐL L MÉRNM RNÖK SZEMMEL 3. rész: r méretezm retezés s földrengf ldrengésre Előadó: Tornai László tartószerkezeti vezető tervező KÉSZ Építő Zrt. 2011. december 16. 1
A FÖLDRENGF LDRENGÉS-MÉRETEZÉS S TÖRTT RTÉNETE MAGYARORSZÁGON GON ME 95-74 műszaki m előírás s csak panelos szerkezetekre vonatkozott MI-04 04-133-81 szerint Mo.. terület letén épülő létesítményeket földrengf ldrengésre méretezni m lehetett, MSK-64 szerinti zónákz OTÉK K 1998. szerint az építményeket földrengésre méretezni m kell De csak az EC8 és s NA adott pontos utasítást st 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. fejezet: Általános szempontok 2. fejezet: Határállapotok 3. fejezet: Talajjellemzők, szeizmikus hatások 4. fejezet: Épületek tervezése 5. fejezet: 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 2011. 2012.01.29. december 16. 6
MMK állásfoglalás A Magyar MérnM rnöki Kamara a Tartószerkezeti Tagozatának előkész szítő tanulmánya nya alapján ajánlja, hogy a szerkezetek földrengésre való méretezésekor a 30%-os túllt llépési valósz színűséghez tartozó,, az NB1 táblázat 0,7-szeres értékeit vegyék k számításba sba 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 periódusid dusidő megállap llapítása tapasztalati képlettel, k 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 kategóri riák k az EC8 szerint 2011. december 16. 16
Példa DCH szerkezetre 2011. december 16. 17
Szeizmikus kapcsolóelem alkalmazása 2011. december 16. 18
A képlk plékeny 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 Fb a szeizmikus alapnyíróerő 2011. december 16. 21
A Rugalmas (Se) és s 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 szeizmikus teherkombinációra 2011. december 16. 23
FÖLDRENGÉSI TEHERKOMBINÁCIÓ ΣGkj+Aed+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 m a megtisztelő figyelmet 2011. december 16. 30