Institut für Massivbau und Baustofftechnologie (IMB) - Abteilung Massivbau

Erdbebeningenieurwesen

Numerische Untersuchungen zur seismischen Gefährdung bestehender Bauwerke

Wie das Erdbeben von Vrancea (1977) und die letzten starken Erdbeben in Kocaeli, Türkei (1999) und Bhuj, Indien (2001) gezeigt haben, wurden insbesondere Mauerwerkswände und Stahlbetonrahmen mit Mauerwerksausfachung beschädigt. Diese Beispiele demonstrieren die Notwendigkeit einer geeigneten Berechnung zur Ertüchtigung dieser Wände. 

Zwei umfassende Pläne zur Abschätzung der Risiken und Gefahren von erdbebenanfälligen Städten sind kürzlich entwickelt worden. In dem internationalen Programm RADIUS, welches in dem "International Decade for Natural Disaster Reduction - Programm" der Vereinigten Staaten initialisiert ist, wurde die Milderung von seismischen Katastrophen in neun Städten, meistens in Entwicklungsländern, erforscht. 

Zusätzlich hat die US Federal Emergency Management Agency (FEMA) eine US-landesweit standardisierte Schadensbeurteilungsmethodik, genannt HAZUS, entwickelt. Mit dieser Methodik können die Konsequenzen eines Erdbebenszenarios auf eine Stadt untersucht werden. 

In dem Projekt C2 wird die Anwendbarkeit der jüngsten Methode für Bukarest erforscht. Grundsätzlich ist diese Methodik nach HAZUS für eine Beurteilung der Bauwerksschäden angemessen. Allerdings sind die darin angegebenen Daten der verschiedenen Gebäudetypen nur bedingt auf europäische Verhältnisse übertragbar. Die verschiedenen Konstruktionsgepflogenheiten in Rumänien benötigen zumindest für die Gebäudeklassen mit höchster Verletzlichkeit eine detaillierte Studie der Eingangsdaten. 

Durch eine Sichtprüfung wurden 110 Gebäude im Falle eines starken Erdbebens als besonders gefährdet eingestuft, von denen zwei ausführlich untersucht wurden. Dabei wurden mittels einer Kapazitäts-Spektrums-Methode mit berechneten Kapazitätskurven und vorgeschlagenen Fragilitätskurven nach HAZUS die möglichen Schäden beurteilt. Die Ergebnisse sind im Bild 1 aufgezeigt.

 


Bild 1

In der nächsten Phase ist eine umfassende Studie dieser 110 Gebäude geplant. Durch neue numerische Elemente wird der Einfluss einer Mauerwerksausfachung berücksichtigt. Mit den neuen Elemente sollen auch die vorgesehenen Ertüchtigungsmaßnahmen beurteilt werden.

Weitere Projektziele:

  • Einteilung der 110 Bauwerke in Gruppen und Ermittlung von Kapazitätskurven für jede dieser Gruppe
  • Neuentwicklung numerischer Elemente, die den Einfluss einer Mauerwerksausfachung bei der Untersuchung der Stahlbetonrahmen berücksichtigen
  • Modifikation der numerischen Elemente zur Berücksichtigung von Ertüchtigungsmaßnahmen an Mauerwerksscheiben
  • Das bereits entwickelte grundlegende nichtlineare Gesetz für Böden und die seismischen Signale im Grundgestein unter dem Testgebiet, Beschleunigungs-Zeit-Verläufe und Antwortspektren für verschieden Punkte an der Bodenoberfläche können berechnet werden.
  • Empfohlene Fragilitätskurven für die genannten Gebäudeklassen. Die Informationen über Gebäudeschäden aufgrund vergangenen Erdbeben ist durch eine Augenscheinnahme verfügbar. Diese Schäden werden daraufhin mit der Verschiebung des Obergeschosses, welche mit den neuen numerischen Elementen ermittelt wurde, in Beziehung gesetzt. Mit statistischen Methoden werden dann die Fragilitätskurven berechnet.
  • Entwicklung von nichtlinearen zyklischen Stoffgesetzen für Mauerwerk ohne und mit Verstärkung
  • Ableitung von praxisorientierten Bemessungsregeln für die untersuchten Ertüchtigungsmaßnahmen