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Quelle:Aos/Studer 2000

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Angaben zur Quelle [Bearbeiten]

Autor     Jost Studer
Titel    Erdbebensicherheit von Brücken in der Schweiz
Jahr    2000
URL    http://www.studer-engineering.ch/fileadmin/images/content/Studer/Publikationen/12_Erdbebensicherheit_Br%C3%BCcken.pdf

Literaturverz.   

nein
Fußnoten    nein
Fragmente    3


Fragmente der Quelle:
[1.] Aos/Fragment 196 01 - Diskussion
Zuletzt bearbeitet: 2012-04-07 09:44:49 Kybot
Aos, Fragment, Gesichtet, SMWFragment, Schutzlevel sysop, Studer 2000, Verschleierung

Typus
Verschleierung
Bearbeiter
Marcusb, WiseWoman
Gesichtet
Yes.png
Untersuchte Arbeit:
Seite: 196, Zeilen: 1-33
Quelle: Studer 2000
Seite(n): 1-2, Zeilen: 6-14,18-26,29-33;1-11
3.4 Erdbebensicherheit von Brücken:

Große Erdbeben können die Entwicklung von Regionen und von Staaten um Jahre sogar Jahrzehnte zurückwerfen. Nordirak gehört zu den Gebieten mittlerer seismische Aktivität. Dort sind Ereignisse wie die Erdbeben von der Türkei in Ismir und vom Iran in Bamm mit mehreren Millionen Euro Schaden zu erwarten, nur bis jetzt sind sie glücklicherweise nicht aufgetreten [E1] vgl. S. 261

Das stärkste Erdbeben ereignete sich in den sechszige und siebzige Jahren des letzten Jahrhunderts im Raum Sulaimaniyah und Hawler. Es führte zu massiven Schäden an der Substanz der Bauten im Umkreis von über 100 Kilometern.

Wegen der großen Wiederkehrperioden sind Schadenbeben im Bewußtsein der Bevölkerung und der Behörden wenig verankert. Die Erdbebengefährdung wird noch heute im Nordirak weitgehend unterschätzt. In den Baunormen werden Erdbebenlasten nach modernen Gesichtspunkten nicht erfaßt. Nach den starken Beben in der Region wie das in der Türkei/Bingöl und Erzincan nah zu den irakischen Grenzen wurde darüber gedacht, neue Bauten Erdbeben sicherer zu konstruieren. Die Erdbebensicherheit der heutigen Hochbauten im Nordirak ist zu 50% ungenügend. Das gilt auch für Brücken. Bei einem Schadenbeben ist deshalb bis in ferne Zukunft mit großen Schäden zu rechnen. Deshalb ist besonders wichtig, dass sich Rettungs- und Wiederaufbaumaßnahmen auf ein weitgehend intaktes Transportsystem abstützen können.

Während erfahrungsgemäß bei Neubauten eine angemessene Erdbebensicherheit ohne nennenswerte Mehrkosten erreicht werden kann, ist das bei bestehenden Bauten unter Umständen sehr kostenspielig oder aus finanziellen Gründen kaum zu rechtfertigen. Dies gilt auch bei Brücken.

3.4.1 Schäden an Brücken bei Erdbeben:

Im Nordirak sind Schäden an Brücken durch Forschungsteams gut dokumentiert worden. Die möglichen Schäden an Brücken bei Erdbebeneinwirkung können folgendernassen gegliedert werden [E1] vgl. S. 263-265:

  • Schäden an Widerlagern,
  • Schäden an Lagern,
  • Schäden an Brückenpfeilern,
  • Schäden an Brückenträger bzw. Absturz der Brückenträger.

Diese Schadenstypen sind mit der Häufigkeit ihres Auftretens, dem Vorkommen bei verschiedenen Brückentypen und den möglichen Ursachen dargestellt.

[S. 1]

3. Erdbebensicherheit von Brücken in der Schweiz

[...]

Grosse Erdbeben können die Entwicklung von Regionen, ja von Staaten, um Jahre oder sogar Jahrzehnte zurückwerfen.

Die Schweiz gehört zu den Gebieten mittlerer seismischer Aktivität. Bei uns sind Ereignisse wie die Erdbeben von Kobe 1995 mit mehr als 150 Milliarden US$ Schaden oder der Türkei 1999 mit mehr als 50 Milliarden US$ Schaden möglich, nur treten sie seltener auf.

Das stärkste Erdbeben nördlich der Alpen ereignete sich 1356 im Raum Basel. Es war praktisch in der ganzen Schweiz spürbar. Es führte zu massiven Schäden an der Bausubstanz im Umkreis von 200 Kilometern. [...]

Wegen der grossen Wiederkehrperioden sind Schadenbeben im Bewusstsein der Bevölkerung und der Behörden wenig verankert. Die Erdbebengefährdung wird noch heute in der Schweiz weitgehend unterschätzt. In den Baunormen werden Erdbebenlasten erst seit der SIA Norm 160 von 1989 nach modernen Gesichtspunkten erfasst. In den SIA Normen vor 1970 waren Erdbeben überhaupt nicht erwähnt. Nach dem Erdbebenschwarm 1964 im Raume Sarnen wurden erstmals Horizontalkräfte zur Berücksichtigung der Erdbebenlasten eingeführt, welche nach heutigen Erkenntnissen jedoch völlig ungenügend waren. Deshalb ist 90 bis 95% der heutigen Bausubstanz nicht auf Erdbeben ausgelegt, d.h. deren Erdbebensicherheit ist unbekannt, z.T. ungenügend. Das gilt auch für Brücken. [...] Bei einem Schadenbeben ist deshalb bis in ferne Zukunft mit grossen Schäden zu rechnen.

Deshalb ist besonders wichtig, dass sich Rettungs- und Wiederaufbaumassnahmen auf ein weitgehend intaktes Transportsystem abstützen können. [...]

Während erfahrungsgemäss bei Neubauten eine angemessene Erdbebensicherheit ohne nennenswerte Mehrkosten erreicht werden kann, ist das bei bestehenden Bauten unter Umständen sehr kostspielig oder aus finanziellen Gründen kaum zu rechtfertigen. Dies gilt auch bei Brücken.

[S. 2]

3.2 Schäden an Brücken bei Erdbeben. Erfahrungen.

Nach Erdbebenereignissen sind durch Forschungsteams Schäden an Brücken gut dokumentiert worden. Es zeigen sich stets ähnliche Schadensbilder.

Die möglichen Schäden an Brücken bei Erdbebeneinwirkung können folgendermassen nach dem Schadensort gegliedert werden:

  • Schäden an Widerlagern
  • Schäden an Lagern
  • Schäden an Brückenstützen
  • Schäden am Brückenträger bzw. Absturz des Brückenträgers.

Diese Schadenstypen sind in der Tabelle 3.1 mit der Häufigkeit ihres Auftretens, dem Vorkommen bei verschiedenen Brückentypen und den möglichen Ursachen dargestellt.

Anmerkungen

Wie in einem Lückentext wurden Beispiele und Studien aus der Schweiz durch andere aus dem Nordirak ersetzt. Der Rest bleibt wortwörtlich stehen. Besonders eklatant: Die Tabelle 3.1 aus dem Original fehlt in der Dissertation, die im letzten Satz angekündigte Darstellung ist nur im Original zu finden.

Sichter
(Marcusb) WiseWoman

[2.] Aos/Fragment 197 01 - Diskussion
Zuletzt bearbeitet: 2016-06-23 20:23:04 WiseWoman
Aos, Fragment, Gesichtet, SMWFragment, Schutzlevel sysop, Studer 2000, Verschleierung

Typus
Verschleierung
Bearbeiter
Marcusb, WiseWoman, Fiesh
Gesichtet
Yes.png
Untersuchte Arbeit:
Seite: 197, Zeilen: 1-43
Quelle: Studer 2000
Seite(n): 2;4, Zeilen: 14-38;
3.4.2 Dimensionierung auf Erdbebenlasten

Maßnahmen zur Erdbebensicherung von Brücken haben nicht zum Zweck, eine Brückenkonstruktion so zu entwerfen, dass sie ein Erdbeben ohne Schaden übersteht. Vielmehr sollen sie den Einsturz der Brücke vermeiden und die verursachten Schäden in Grenzen halten.

Zur Erdbebensicherung sind Brücken robust zu gestalten. Darunter versteht man, dass sich das Bauwerk wenig empfindlich auf Abweichungen bezüglich Lastannahmen, Ausführungsungenauigkeiten und Alterungs- und Abnützungseffekte verhält. Diese allgemeine Forderung ist bei Erdbebensicherung besonders wichtig, da die Erdbebenanregung sehr stark von der Erdbebenintensität und von den lokalen Baugrundverhältnissen abhängt. Diese Einflüsse lassen sich im Allgemeinen nur sehr angenährt ermitteln.

Die wichtigsten Maßnahmen „wie vorher erwähnt“ zur Erdbebensicherung von Brücken sind die einen Absturz des Brückenträgers vom Widerlager oder vom Auflager zu vermeiden.

Im Allgemeinen bewegen sich die Bodenpunkte längs der Brückenachse wegen wandernden Erdbebenwellen nicht synchron. Unter Umständen können sie sich in entgegengesetzter Richtung bewegen. Dies hat zur Folge, dass die minimal benötigten Auflagerlängen erheblich groß sein können, denn zusätzlich zu diesen vom Erdbeben verursachten Verschiebungen müssen die Verformungsverschiebungen von Stützen und die Mindestauflagerlängen, um die Auflagerkräfte noch übertragen zu können, berücksichtigt werden.

Das Anstreben eines duktilen Verhaltens der Brücke unter der Erdbebeneinwirkung ist sehr wichtig, besonders für starke Erdbeben. Dieses Verhalten erlaubt das Abdampfen eines großen Teils der Energie mittels der entstehenden plastischen Gelenke.

Die Ausbildung der plastischen Gelenke wird dabei nicht in Brückenträger erwünscht, sondern am Stützenkopf bzw. Stützenfuß. Diese erfordert eine Kapazitätsbemessung, welche sicherstellt, dass sich die plastischen Gelenke nur an den gewünschten Orten ausbilden können. Die restlichen Bauwerksteile sollen elastisch bleiben.

Bei einer konventionellen Bemessung dagegen ist das Verhalten der Brücke während einem Erdbeben meistens nicht bekannt. Plastifizierungen sind überall möglich, und der plastische Mechanismus ist zufällig. Häufig ergeben sich in solchen Fällen Sprödbrüche bei Stützen, was in der Folge zum Einsturz des Trägers führt.

Ein Versagen des Trägers infolge Überbelastung bei Erdbebeneinwirkung ist selten. Meistens genügt die Bemessung des Trägers aufgrund der erwartet statischen Lasten, um auch eine ausreichende Sicherheit gegen Erdbeben zu erzielen. Hingegen sind die Stützen, Lager und Auflager bezüglich Erdbebeneinwirkung sorgfältig auszubilden.

Das Erdbebenverhalten der Brücke hängt wesentlich von ihrer Lagerungsart ab. Bei einer schwimmenden Lagerung „Brücke an beiden Widerlagern beweglich gelagert“ ergibt sich in Längsrichtung und im Allgemeinen in Querrichtung ein relativ einfaches dynamisches System [E1] vgl. S. 272, welche zur Bemessung von Stützen und Lagern als Einmassenschwinger modelliert werden kann. Die Eigenfrequenz f dieses Einmassten-Schwingers [sic!] beträgt: f = 1 / 2 \Pi * (\sqrt{k} / m).

3.3 Dimensionierung auf Erdbebenlasten

3.3.1 Grundsätze zur Erdbebensicherung von Brücken

Massnahmen zur Erdbebensicherung von Brücken haben nicht zum Zweck, eine Brückenkonstruktion so zu entwerfen, dass sie ein Erdbeben ohne Schaden übersteht. Vielmehr sollen sie den Einsturz der Brücke vermeiden und die verursachten Schäden in Grenzen halten.

Zur Erdbebensicherung sind Bauten robust zu gestalten. Darunter versteht man, dass sich das Bauwerk wenig empfindlich auf Abweichungen bezüglich Lastannahmen, Ausführungsungenauigkeiten und Alterungs- und Abnützungseffekte verhält. Diese allgemeine Forderung ist bei Erdbebensicherung besonders wichtig, da die Erdbebenanregung sehr stark vom Erdbeben selbst und den lokalen Baugrundverhältnissen abhängt. Diese Einflüsse lassen sich im allgemeinen nur sehr angenähert ermitteln.

Die wichtigsten Massnahmen zur Erdbebensicherung von Brücken sind die, welche einen Absturz des Brückenträgers vom Widerlager oder vom Auflager vermeiden. Diese Gefahr des Absturzes ist bei Brücken mit Abschnittslängen zwischen benachbarten Fugen von mehr als ca. 100m besonders gross.

Im allgemeinen bewegen sich die Bodenpunkte längs der Brückenachse wegen wandernden Erdbebenwellen nicht synchron. Unter Umständen können sie sich in entgegengesetzter Richtung bewegen. Dies hat zur Folge, dass die minimal benötigten Auflagerlängen erheblich gross sein können, denn zusätzlich zu diesen vom Erdbeben verursachten Verschiebungen müssen die Verformungsverschiebungen von Stützen und die Mindestauflagerlängen, um die Auflagerkräfte noch übertragen zu können, berücksichtigt werden.

Das Anstreben eines duktilen Verhaltens der Brücke unter der Erdbebeneinwirkung ist sehr wichtig, besonders für starke Erdbeben. Dieses Verhalten erlaubt die Dissipation eines grossen Teils der Energie mittels den entstehenden plastischen Gelenken.

Die Ausbildung der plastischen Gelenke wird dabei nicht im Brückenträger erwünscht, sondern am Stützenkopf bzw. -fuss. Dies erfordert eine Kapazitätsbemessung, welche sicherstellt, dass

[S. 5]

sich die plastischen Gelenke nur an den ge wünschten Orten ausbilden können. Die restlichen Bauwerksteile sollen elastisch bleiben.

Die Anwendung der Methode der Kapazitätsbemessung ergibt ein „gutmütiges“ Verhalten des Tragwerks unter Erdbebenbelastung, denn der sich ergebende Mechanismus bei der Ausbildung der plastischen Gelenke kann geschickt gewählt und erzwungen werden.

Bei einer konventionellen Bemessung dagegen ist das Verhalten der Brücke während einem Erdbeben meistens nicht bekannt. Plastifizierungen sind überall möglich, und der plastische Mechanismus ist zufällig. Häufig ergeben sich in solchen Fällen Sprödbrüche bei Stützen, was in der Folge zum Einsturz des Trägers führt. All dies ergibt im Falle einer konventionellen Bemessung einen tieferen Schutzgrad gegen Einsturz als bei einer Kapazitätsbemessung.

Ein Versagen des Trägers infolge Überbelastung bei Erdbebeneinwirkung ist selten. Meistens genügt die Bemessung des Trägers aufgrund der erwarteten statischen Lasten, um auch eine ausreichende Sicherheit gegen Erdbeben zu erzielen. Hingegen sind die Stützen, Lager und Auflager bezüglich Erdbebeneinwirkung sorgfältig auszubilden.

Das Erdbebenverhalten einer Brücke hängt wesentlich von ihrer Lagerungsart ab: Bei einer schwimmenden Lagerung (Brücke an beiden Widerlagern beweglich gelagert) ergibt sich in Längsrichtung und im allgemeinen auch in Querrichtung ein relativ einfaches dynamisches System, welches zur Bemessung von Stützen und Lagern als Einmassenschwinger modelliert werden kann. Die Eigenfrequenz f dieses Einmassenschwingers beträgt

f = 1/{2 \pi} \sqrt{k/m}

Anmerkungen

Fortsetzung von S. 196. Man kann gar nicht auf die vielen Probleme hinweisen. Ein Satz wurde verstümmelt ("Die wichtigsten Maßnahmen..."), Durch Auslassung eines Satzes verliert ein "dagegen" seinen Bezug ("Bei einer konventionellen Bemessung"). Der Wurzelzeichen in der Formel umfasst nur k und nicht k/m, und statt des kleinen Buchstaben pi wird das grosse Pi verwendet und damit der Sinn unklar.

Sichter
(Marcusb) WiseWoman

[3.] Aos/Fragment 198 01 - Diskussion
Zuletzt bearbeitet: 2012-04-07 09:44:54 Kybot
Aos, Fragment, Gesichtet, SMWFragment, Schutzlevel sysop, Studer 2000, Verschleierung

Typus
Verschleierung
Bearbeiter
Marcusb, WiseWoman
Gesichtet
Yes.png
Untersuchte Arbeit:
Seite: 198, Zeilen: 1-12
Quelle: Studer 2000
Seite(n): 4, Zeilen: 21-31
Mit der Gesamtsteifigkeit k der Stützen und der Gesamtmasse m des Brückenträgers im entsprechenden Brückenabschnitt. Mit Kenntnis dieser Eigenfrequenz erfolgen die horizontale Beschleunigung aus dem elastischen Antwortspektrum und folglich auch die totale elastische Ersatzkraft. Diese kann auf die verschiedenen Stützen verteilt werden. Schließlich werden aufgrund dieser Ersatzkraft Stützen, Lager und Fundamente bemessen. Bei einer festen Lagerung „Brücke an mindestens einem Widerlager unverschieblich gelagert“ ist keine einfache Modellierung des dynamischen Systems mehr möglich. Allgemein ist es nicht zweckmäßig oder kaum möglich, die festen Lager für große Erdbebenkräfte zu bemessen. Oft wird deshalb die Zerstörung dieser anfänglich festen Lager bei einer starken Erdbebenbeanspruchung in Kauf genommen, so dass sich das System nach der Zerstörung dieser Lager ähnlich wie ein System mit schwimmender Lagerung und eventuellen Reibungslagern verhält. Die Eigenfrequenz f dieses Einmassenschwingers beträgt

<math>f = 1 / 2\pi \sqrt{k/m}</math>

mit der Gesamtsteifigkeit k der Stützen und der Gesamtmasse m des Brückenträgers im entsprechenden Brückenabschnitt. Mit Kenntnis dieser Eigenfrequenz folgt die horizontale Beschleunigung ah aus dem elastischen Antwortspektrum und folglich auch die (totale) elastische Ersatzkraft. Diese kann auf die verschiedenen Stützen verteilt werden. Schliesslich werden aufgrund dieser Ersatzkraft Stützen, Lager und Fundamente bemessen.

Bei einer festen Lagerung (Brücke an mindestens einem Widerlager unverschieblich gelagert) ist keine einfache Modellbildung des dynamischen Systems mehr möglich. Allgemein ist es nicht zweckmässig oder kaum möglich, die festen Lager für grosse Erdbebenkräfte zu bemessen. Oft wird deshalb die Zerstörung dieser anfänglich festen Lager bei einer starken Erdbebenbeanspruchung in Kauf genommen, so dass sich das System nach der Zerstörung dieser Lager ähnlich wie ein System mit schwimmender Lagerung und eventuellen Reibungslagern verhält.

Anmerkungen

Das Ende der Übernahme, die auf S. 196 angefangen hat. Der erste Satz ist durch die Abtrennung verstümmelt worden.

Sichter
(Marcusb) WiseWoman

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