Uforming av duktile knutepunkt i stål med hensyn til jordskjelv

Prinsipper for dimensjonskontroll• Ved dimensjonering mot jordskjelv etter EN1998-1 1 deles skal konstruksjonene oppfyllefølgende krav:• Sjeldne jordskjelv skal ikke føre ftil sammenbrudd avbærekonstruksjonene (No(No-collapse requirement)• Mer vanlig jordskjelv (~(en gang i byggets levetid)skal ikke føre ftil reparasjoner som er i misforhold tilkostnadene av konstruksjonene. (Damage(limitationrequirement)

Dimensjoneringsprinsipper forts.• Bruddkravet forventes å være hva som er mest aktuelt åkontrollere for bygg i Norge.• Ved kontroll av bygningskonstruksjoner mot jordskjelver konstruksjons evne til å tåle plastiske deformasjoneruten å miste bæreevnen ben viktig parameter. Denneevnen refereres til som konstruksjonsdelens duktilitet.• EN 1998-1 1 innholder flere metoder for å kunnedimensjonere konstruksjoner hvor det tas hensyn tilkonstruksjonens duktilitet.

Duktilitet av stålkonstruksjoner• Stålets evne til å kunne bære blast selv om detdeformeres utover det lineære området er nøkkelen ntilat vi kan bruke stål l slik som vi gjør.• Det er åpenbart at for jordskjelv og enkelteulykkeslaster som støt t eller eksplosjoner såser duktiliteten viktig parameter, men den er avgjørende også forordinære re laster.• Duktilitet sikres først fog fremst gjennom krav tilstålmaterialene og til sveiser osv, men de påvirkes pogså istor grad av detaljutfomingen.

Duktilitet av knutepunkter• Tre eksempler påphvordan konstruktørenrenpåvirkerduktiliteten• Lokal knekking• Bolter• Sveisedetaljer

Lokal knekking• Kontroll av faren forlokal knekking fortverrsnittsdelers gjøresved å oppfylle krav tilb/t forhold for uliketverrsnittsklasserht wt fb

Tverrsnittsklasser1,4Normalisert moment1,210,80,60,40,200 2 4 6Klasse 1Klasse 2Klasse 3Klasse 4Normalisert rotasjon

Moment-rotation curvesFrom R. Spangermacher,Heft 20 RWTH Aachen

Fra Hugo Bachmann, Seismic Conceptual Design of Buildings

Bolteforbindelser• Endeplateforbindelser som erutformet slik at endeplaten ibøyning er svakere enn boltene påpstrekk vil være vmer duktil enn omboltene er svakest• 8.8 bolter bør b r foretrekkes fremfor10.9 eller høyere hfastheter• For skjærbelastede bolter bør bkritisk feilform være vhullkantrykk• Nettotverrsnittet ved boltehull harbegrenset duktilitet

Fra Hugo Bachmann, Seismic Conceptual Design of Buildings

Sveiste forbindelser• Unngå at sveisen ersvakere enn plateneden forbinder.

Fra Hugo Bachmann, Seismic Conceptual Design of Buildings

Syklisk virkning av jordskjelvet• Ved jordskjelvsbelastning vil det ikke alltid være vnok å sikre at en forbindelse er duktil den måmogså tåle den sykliske belastningen fra skjelvet(gjentatt plastifisering)• I moderne bygninger er det registrert betydeligomfang av sprekker i knutepunktene som følge fav jordskjelvets sykliske belastning• Et eksempel er Northridge 1994 i California

Typisk knutepunkt undersøkt etterNorthridge skjelvetFra E.J. Kaufmann, J.W.Fisher, Failure Analysis ofWelded Steel MomentFrames Damaged in theNorthridge Earthquake

From FEMA-350 – Recommended Seismic Design Criteriafor New Steel Moment-Frame Buildings has been developedby the SAC Joint Venture

M. Nakashima, K. Suita, K. Morisako, AIJ Kinki Steel Project, Full-scale Test of Beam-column

Sveisedetalj for flensStandard detaljForbedret detalj

Hvordanunngå at enelefant dør iaugust?

Du skyter den i juli.Dette prinsippet erbrukt veddimensjonering avstålrammer for åunngå at deplastisketøyningene skjer ide mest sårbareforbindelsene

Reduksjon av flensetverrsnittet førertil at ved overbelastning skjer deplastiske deformasjonene utenforsveisedetaljene. ”Dog bone design”

Konklusjoner• Stålkonstruksjonersduktilitet gir god evne til åmotstå jordskjelv• Beregningsregler for stålkonstruksjoner i byggfinnes i EN 1998-1 1 som snart blir utgitt• Man bør b r alltid tilstrebe å lage såsduktilekonstruksjonsdetaljer som mulig for å få en mestmulig robust konstruksjon• I jordskjelvutsatte områder bør b r detaljenevurderes med hensyn til å tåle sykliske laster

Andre materialerhar kanskje størreutfordringer nårdet gjelder å tålejordskjelv