Beitrag zur Auslegung von Industrieanlagen auf seismische Belastungen

  • Contribution to seismic design of industrial facilities / vorgelegt von Britta Holtschoppen

Holtschoppen, Britta; Meskouris, Konstantin (Thesis advisor)

Aachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University (2009)
Doktorarbeit

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2009

Kurzfassung

Industrieanlagen weisen im Erdbebenfall aufgrund der hohen Wertzusammenkunft und der unter Umständen weiträumigen Schadensauswirkungen ein erhöhtes Schadensrisiko im Vergleich zu üblichen Hochbauten auf. Bei der seismischen Auslegung solcher Industrieanlagen sind sowohl das Tragwerk (Primärstruktur) als auch nichttragende verfahrenstechnische und architektonische Bauteile (Sekundärstrukturen) zu berücksichtigen. Die vorliegende Dissertation erarbeitet für beide Bereiche integrierte Bemessungskonzepte. Für die Untersuchung der Tragstruktur wird auf die bekannte Kapazitätsspektrum-Methode zurückgegriffen, da mittels dieses verformungsbasierten, nichtlinear-statischen Bemessungsver-fahrens nicht nur in einfacher Weise eine verhaltensorientierte Bemessung des Tragwerks ermöglicht wird, sondern auch Grenzwerte relativer Verschiebungen für die Auslegung von verformungssensitiven Sekundärstrukturen wie Rohrleitungen und schlanken Kolonnen festge-legt werden können. Aufgrund der besonderen Situation im Anlagenbau (z.B. bezüglich stark unregelmäßiger Massenverteilungen in Grund- und Aufriss, bezüglich des Einflusses höherer Eigenformen auf das Gesamtschwingverhalten oder bezüglich der numerischen Modellierung bestehender Anlagen) ergeben sich bei der Anwendung des bekannten Verfahrens Schwierigkei-ten. Hierfür werden eingehende Lösungskonzepte erarbeitet und anhand eines Anwendungsbeispiels veranschaulicht. Der Auslegung beschleunigungssensitiver Sekundärstrukturen wie Behälter und punktförmige Aggregate kommt im Rahmen der erdbebensicheren Auslegung einer Industrieanlage besondere Bedeutung zu, da seismisch induzierte Schäden an oder durch nichttragende Bauteile die Primärschäden am Tragwerk oftmals weit übersteigen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden bestehende normative Bemessungsansätze für nichttragende Bauteile analysiert. Es wird nachgewiesen, dass die gebräuchlichen vereinfachten Ansätze für Sekundärstrukturen in den typischen weichen Stahlrahmenkonstruktionen des Anlagenbaus unzureichend sind, da insbe-sondere verstärkende Effekte aus Resonanz des nichttragenden Bauteils mit höheren Eigenformen des Tragwerks nicht berücksichtigt werden. Stattdessen wird aus der Interpretation von Etagenspektren ein alternatives kraftbasiertes Bemessungskonzept entwickelt, das die Interaktion zwischen Sekundärstruktur und Tragwerk über das Verhältnis ihrer Eigenperioden berücksichtigt. Das Konzept wird anhand umfangreicher parametrisierter Zeitverlaufsberech-nungen validiert. Der Bemessungsvorschlag ist einfach anzuwenden und führt bei ausreichendem Sicherheitsniveau zu wirtschaftlichen Dimensionierungen.

Identifikationsnummern