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Seismic Tests
Hassib Amini; Sascha Schwendner
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Inhaltsverzeichnis
Grundlagen/Basics Entwicklung/künftige Schutzmaßnahmen Welche Arten von Testeinrichtungen gibt es
• Quasi Statik Tests •Effective force Test •Shaking Table Test (Schwingtische) •Pseudo-Dynamic Tests •Real time Pseudo-Dynamic Test •Real time dynamic hybrid Test
Unterschiede/Vor- und Nachteile Fazit
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Erdbebengebiete
©wikipedia.de
Grundlagen/Basics
Entwicklung
Testeinrichtungen
QST
EFT
STT
PDT
RTPDT
RTDHT
Unterschiede/
Vor- und Nachteile
Fazit
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Erdbebenlasten
©augsburger-allgemeine.de
©VL-Unterlagen Prof. Dorka
Grundlagen/Basics
Entwicklung
Testeinrichtungen
QST
EFT
STT
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RTDHT
Unterschiede/
Vor- und Nachteile
Fazit
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Statistiken
Grundlagen/Basics
Entwicklung
Testeinrichtungen
QST
EFT
STT
PDT
RTPDT
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Unterschiede/
Vor- und Nachteile
Fazit
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Statistiken
Grundlagen/Basics
Entwicklung
Testeinrichtungen
QST
EFT
STT
PDT
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Unterschiede/
Vor- und Nachteile
Fazit
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Statistiken
zum Vergleich: Zwischen 1959-2006 starben ca. 30.000 Menschen bei Flugzeugabstürzen,
d.h. im Schnitt 650 Todesopfer/Jahr
Grundlagen/Basics
Entwicklung
Testeinrichtungen
QST
EFT
STT
PDT
RTPDT
RTDHT
Unterschiede/
Vor- und Nachteile
Fazit
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Lobby/Interessenten
Wissenschaft
Politik → insbesondere Sicherheitsbehörden
AKW-Betreiber
Grundlagen/Basics
Entwicklung
Testeinrichtungen
QST
EFT
STT
PDT
RTPDT
RTDHT
Unterschiede/
Vor- und Nachteile
Fazit
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Base Isolation
Grundlagen/Basics
Entwicklung
Testeinrichtungen
QST
EFT
STT
PDT
RTPDT
RTDHT
Unterschiede/
Vor- und Nachteile
Fazit
Konventionelle Struktur
Bodenbeschleunigungen werden um den Faktor 3 bis 4, bis zum Dach hin, verstärkt.
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Base Isolation
Grundlagen/Basics
Entwicklung
Testeinrichtungen
QST
EFT
STT
PDT
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RTDHT
Unterschiede/
Vor- und Nachteile
Fazit
Isolierte Struktur
Während eines Erdbebens der Stärke 8,0 auf der Richterskala, unterliegt das Gebäude lediglich einem Erdbeben der Stärke 5,5.
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Base Isolation
Grundlagen/Basics
Entwicklung
Testeinrichtungen
QST
EFT
STT
PDT
RTPDT
RTDHT
Unterschiede/
Vor- und Nachteile
Fazit
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Welche Arten von Testeinrichtungen gibt es Quasi Static Test (QST)
ein Prüfkörper wird mit unterschiedlich vorgeschriebenen Kräften oder Verformungen mittels hydraulischen Antieben belastet.
Trägheitskräfte innerhalb der Struktur werden bei diesem Verfahren nicht berücksichtigt.
Ziel ist es, das Werkstoffverhalten von strukturellen Elementen, Komponenten oder Verbindungen zu beobachten während sie Zyklen der Be-und Entlastung unterworfen sind.
Die Dynamik von Erdbeben werden bei diesem Verfahren jedoch nicht berücksichtigt. Es sind Rückschlüsse auf das Tragverhalten der Struktur unter Erdbebeneinwirkung zu folgern.
Grundlagen/Basics
Entwicklung
Testeinrichtungen
QST
EFT
STT
PDT
RTPDT
RTDHT
Unterschiede/
Vor- und Nachteile
Fazit
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Welche Arten von Testeinrichtungen gibt es Effective force Test (EFT)
Aufbringen von dynamischen Kräften an einem Prüfkörper, der starr an einer unbeweglichen Bodenplatte verankert ist; Verfahrensdurchführung in einer Echtzeit-Erdbebensimulation.
diese Kräfte sind proportional zu der vorgeschriebenen Bodenbeschleunigung und der vorhandenen strukturellen Massen.
Verfahren basiert auf das Kraft Regelalgorithmus.
m5x5a
:
m4x4a
:
m3x3a
:
m2x2a
:
m1x1a
:
Grundlagen/Basics
Entwicklung
Testeinrichtungen
QST
EFT
STT
PDT
RTPDT
RTDHT
Unterschiede/
Vor- und Nachteile
Fazit
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Welche Arten von Testeinrichtungen gibt es Shaking Table Test (STT)
Testobjekt wird realen Erdbebenbeschleunigung unterzogen, um die dynamischen Bewegungen und Verformungen näher zu untersuchen.
Trägheitseffekte sowie Struktur- und Aufbaubedingte Schwachstellen des Testobjektes werden bei diesem Verfahren berücksichtigt.
die Größe der Testobjekte sind beschränkt auf die Größe und Kapazität der Rütteltische. Größte Testeinrichtung dieser Art: E-Defense, Japan
Grundlagen/Basics
Entwicklung
Testeinrichtungen
QST
EFT
STT
PDT
RTPDT
RTDHT
Unterschiede/
Vor- und Nachteile
Fazit
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Welche Arten von Testeinrichtungen gibt es E-Defense (Japan)
Grundlagen/Basics
Entwicklung
Testeinrichtungen
QST
EFT
STT
PDT
RTPDT
RTDHT
Unterschiede/
Vor- und Nachteile
Fazit
Verschiebungen in drei Freiheitsgraden
Belastbar bis 1200 Tonnen
300 m² Testplattform
Max. Bodenbeschleunigung von 1G
Max. Frequenz 15Hz
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Welche Arten von Testeinrichtungen gibt es Pseudo-Dynamic Test (PDT)
Anwendung langsam veränderliche Kräfte auf ein strukturelles Testobjekt
Bewegungen und Verformungen die während des Testlaufs in den Prüfkörpern beobachtet wurden, werden verwendet um die Trägheitskräfte zu bestimmen, welche das Modell während des realen Erdbebens ausgesetzt wäre.
Größte Testeinrichtung dieser Art in Europa: Reaction Wall: ELSA, Ispra (Italien) European Loboratory for Structural Assessment
Fi
F2
F1
Grundlagen/Basics
Entwicklung
Testeinrichtungen
QST
EFT
STT
PDT
RTPDT
RTDHT
Unterschiede/
Vor- und Nachteile
Fazit
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Welche Arten von Testeinrichtungen gibt es Pseudo-Dynamic Test (PDT)
Grundlagen/Basics
Entwicklung
Testeinrichtungen
QST
EFT
STT
PDT
RTPDT
RTDHT
Unterschiede/
Vor- und Nachteile
Fazit
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Welche Arten von Testeinrichtungen gibt es ELSA, Ispra (Italien)
Grundlagen/Basics
Entwicklung
Testeinrichtungen
QST
EFT
STT
PDT
RTPDT
RTDHT
Unterschiede/
Vor- und Nachteile
Fazit
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Welche Arten von Testeinrichtungen gibt es Real Time Pseudo Dynamic Test (RTPDT)
Ähnlich wie der Pseudo Dynamic Test, mit der Ausnahme dass sie in Echtzeit durchgeführt wird
Beinhaltet jedoch auch Steuerungsprobleme, wie beispielsweise Verzögerungen verursacht durch numerische Simulation und den Antrieben.
Grundlagen/Basics
Entwicklung
Testeinrichtungen
QST
EFT
STT
PDT
RTPDT
RTDHT
Unterschiede/
Vor- und Nachteile
Fazit
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Welche Arten von Testeinrichtungen gibt es Real Time Dynamic Hybrid Test (RTDHT)
basierend auf Shaking Table Test und Reaction Walls, jedoch kombiniert mit differenzierter Konstruktionstechnik.
Der erste Teil des Modells (das physikalische Testobjekt) wird konstruiert und auf einem Rütteltisch getestet.
Der zweite Teil des Modells (nummerisches Modell) ist ein Simulationsbasierendes Computermodell.
die Erdbebeneffekte auf dem Überbau (dem physikalischen Testobjekt) werden während des Testlaufes in Echtzeit als Schnittstellenkräfte berechnet und auf dem Unterbau durch Antriebe übertragen.
Fi
Grundlagen/Basics
Entwicklung
Testeinrichtungen
QST
EFT
STT
PDT
RTPDT
RTDHT
Unterschiede/
Vor- und Nachteile
Fazit
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Welche Arten von Testeinrichtungen gibt es Real Time Dynamic Hybrid Test
Structure
Actuator
Shake
Table
Grundlagen/Basics
Entwicklung
Testeinrichtungen
QST
EFT
STT
PDT
RTPDT
RTDHT
Unterschiede/
Vor- und Nachteile
Fazit
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Kontinent Anzahl Max Last
[t]
Korrespondierende
Frequenz [Hz]
Europa 10 100 100
Asien
Japan
30 1200 15
Asien
sonst.
3 27 50
Amerika 8 50 100
Schwingtische – Anzahl, Last und Frequenz
Grundlagen/Basics
Entwicklung
Testeinrichtungen
QST
EFT
STT
PDT
RTPDT
RTDHT
Unterschiede/
Vor- und Nachteile
Fazit
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Kontinent Anzahl Höhe
[m]
Korrespondierende
Fläche [m²]
Europa 1 16 281
Asien
Japan
17 18 430
Asien
sonst.
0 - -
Amerika 16 15 946
Reaction Wall – Anzahl, Höhe und Fläche
Grundlagen/Basics
Entwicklung
Testeinrichtungen
QST
EFT
STT
PDT
RTPDT
RTDHT
Unterschiede/
Vor- und Nachteile
Fazit
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Erdbebengebiete
©wikipedia.de
Grundlagen/Basics
Entwicklung
Testeinrichtungen
QST
EFT
STT
PDT
RTPDT
RTDHT
Unterschiede/
Vor- und Nachteile
Fazit
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Unterschiede/ Vor- und Nachteile
Vorteile Nachteile
PDT
Größe der Testmodelle können groß bis sehr groß sein Es handelt sich nicht um wahre Trägheitskräfte sondern
um nummerisch bestimmte Parameter durch den
Computer. Diese könne verzerrt sein.
Geschwindigkeitsauswirkungen werden wegen der quasi-statischer Belastung vernachlässigt
RTPDT
Größe der Testmodelle können groß bis sehr groß sein
Es handelt sich nicht um wahre Trägheitskräfte sondern
um nummerisch bestimmte Parameter durch den
Computer. Diese könne verzerrt sein.
Beinhalten Zeitverzögerungen durch Computer und
Antrieb
STT Genaue Trägheitskräfte im Bauteil Größe der Testmodelle ist begrenzt
RTDHT
Genaue Trägheitskräfte im Bauteil
Größe der Testmodelle können groß bis sehr groß sein
Trägheitskräfte werden mit einem Fehleranteil simuliert
Beinhalten Zeitverzögerungen durch Computer und
Antrieb
Grundlagen/Basics
Entwicklung
Testeinrichtungen
QST
EFT
STT
PDT
RTPDT
RTDHT
Unterschiede/
Vor- und Nachteile
Fazit
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Fazit
Grundlagen/Basics
Entwicklung
Testeinrichtungen
QST
EFT
STT
PDT
RTPDT
RTDHT
Unterschiede/
Vor- und Nachteile
Fazit
Derzeitige Forschungen unterliegen größtenteils den von der Politik geforderten Sicherheitsbedingungen
Hauptforschungsländer sind von Erdbeben betroffene Industrieländer: USA, Japan, China →Aus wirtschaftlichen Gründen ist die Anzahl der Testeinrichtungen auf diese Länder eingeschränkt
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Fazit
Grundlagen/Basics
Entwicklung
Testeinrichtungen
QST
EFT
STT
PDT
RTPDT
RTDHT
Unterschiede/
Vor- und Nachteile
Fazit
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit