Seismische Auslegung von Tankbauwerken

• Seismic design of liquid storage tanks

Rosin, Julia; Klinkel, Sven Oliver (Thesis advisor); Heuer, Rudolf (Thesis advisor)

Aachen (2016)
Doktorarbeit

In: Schriftenreihe des Lehrstuhls für Baustatik und Baudynamik der RWTH Aachen 07 (2016)
Seite(n)/Artikel-Nr.: 1 Online-Ressource (XXII, 348 Seiten) : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, RWTH Aachen University, 2016

Kurzfassung

In der vorliegenden Arbeit wird ein Fluid-Struktur-Interaktionsmodell entwickelt, um die nichtlinearen Interaktionseffekte des gekoppelten Tank-Flüssigkeitssystems infolge seismischer Belastung zu analysieren. Durch die integrale Modellierung ist mit einer transienten Analyse eine genauere Berechnung der seismischen Antwort der fluidgefüllten Tankstruktur möglich. Mit diesem Modell werden zunächst die bestehenden semi-analytischen Berechnungskonzepte hinsichtlich der Gültigkeit der ihnen zu Grunde liegenden Vereinfachungen untersucht und verbessert. Des Weiteren werden Vorschriften für die Überlagerung der verschiedenen hydrodynamischen Druckanteile der vereinfachten Verfahren für eine mehrdimensionale Erdbebenanregung entwickelt. Da die semi-analytischen Konzepte ausschließlich für eine starre Lagerung am Tankfuß gelten, bei der die seismische Anregung direkt am Tankboden angreift, ist eine Übertragung auf abweichende Auflagerungssituationen nicht möglich. Deswegen wird das Fluid-Struktur-Interaktionsmodell in einem zweiten Teil der Arbeit zur Analyse basisisolierter Tankbauwerke herangezogen. Aufbauend auf den Ergebnissen der FSI-Berechnungen wird ein vereinfachter, allgemeingültiger Berechnungsansatz zur Analyse seismisch isolierter Tanks entwickelt. Dieser Ansatz berücksichtigt die nichtlinearen Eigenschaften üblicher Basisisolationssysteme und kann somit die veränderten hydrodynamischen Kräfte auf die Tankschale bestimmen sowie die daraus resultierende Spannungsverteilung in der Tankschale.Im dritten Teil der Arbeit werden zwei numerische Konzepte für die Durchführung des Stabilitätsnachweises untersucht. Diese Konzepte auf der Grundlage statischer Analysen betrachten die globale Tankschale unter dem gesamten Lastkollektiv. Dadurch wird die kombinierte Belastung infolge seismischer Anregung implizit in der Nachweisführung erfasst und gegenseitige beullasterhöhende oder -vermindernde Interaktionen der verschiedenen gleichzeitig auftretenden Spannungskomponenten können sinnvoll berücksichtigt werden. Das eine Nachweiskonzept basiert auf einer vollständig nichtlinearen Analyse der imperfekten Tankschale. Hier werden konsistente geometrische Ersatzimperfektionen, die nach dem Konzept der quasi-kollapsaffinen Imperfektionen ermittelt werden, sowie eigenformaffine Ersatzimperfektionen hinsichtlich ihrer beullastmindernden Wirkung untersucht. Aufgrund der Berücksichtigung von materieller und geometrischer Nichtlinearität können maximale Ausnutzungsgrade der Tankschale erreicht werden. Das zweite Berechnungskonzept umfasst eine vereinfachte Nachweisführung, die bisher nicht für seismisch belastete Tankbauwerke herangezogen worden ist. Für kritische Detailpunkte in diesem Nachweiskonzept werden Anwendungsempfehlungen ausgearbeitet. Unterstützt werden die Analysen durch Berechnungen mit dem Fluid-Struktur-Interaktionsmodell. Als Ergebnis steht ein Konzept zur Führung der Stabilitätsnachweise für kombiniert beanspruchte Schalen bereit.