Uforming av duktile knutepunkt i stål l med hensyn påp

Transkript

1 Uforming av duktile knutepunkt i stål l med hensyn påp jordskjelv Norsk Ståldag 13. oktober 2004 Gunnar Solland Det Norske Veritas

2 Bakgrunn En ny standard NS Seismisk påvirkning p har vært påp høring og er snart klar til utgivelse Det vil samtidig bli gjort en oppdatering av NS 3490 som vil stille krav til at i det minste enkelte typer bygg som oppføres i Norge måm regnes for jordskjelv I systemet av europeiske standarder som i de nærmeste n år r vil bli gjort gyldige i Norge vil EN dekke dimensjonering mot jordskjelv for bygninger

3 Prinsipper for dimensjonskontroll Ved dimensjonering mot jordskjelv etter EN deles skal konstruksjonene oppfylle følgende krav: Sjeldne jordskjelv skal ikke føre f til sammenbrudd av bærekonstruksjonene (No( No-collapse requirement) Mer vanlig jordskjelv (~( en gang i byggets levetid) skal ikke føre f til reparasjoner som er i misforhold til kostnadene av konstruksjonene. (Damage( limitation requirement)

4 Dimensjoneringsprinsipper forts. Bruddkravet forventes å være hva som er mest aktuelt å kontrollere for bygg i Norge. Ved kontroll av bygningskonstruksjoner mot jordskjelv er konstruksjons evne til å tåle plastiske deformasjoner uten å miste bæreevnen b en viktig parameter. Denne evnen refereres til som konstruksjonsdelens duktilitet. EN innholder flere metoder for å kunne dimensjonere konstruksjoner hvor det tas hensyn til konstruksjonens duktilitet.

5 Duktilitet av stålkonstruksjoner Stålets evne til å kunne bære b last selv om det deformeres utover det lineære området er nøkkelen n til at vi kan bruke stål l slik som vi gjør. Det er åpenbart at for jordskjelv og enkelte ulykkeslaster som støt t eller eksplosjoner sås er duktilitet en viktig parameter, men den er avgjørende også for ordinære re laster. Duktilitet sikres først f og fremst gjennom krav til stålmaterialene og til sveiser osv, men de påvirkes p også i stor grad av detaljutfomingen.

6 Duktilitet av knutepunkter Tre eksempler påp hvordan konstruktøren ren påvirker duktiliteten Lokal knekking Bolter Sveisedetaljer

7 Lokal knekking Kontroll av faren for lokal knekking for tverrsnittsdelers gjøres ved å oppfylle krav til b/t forhold for ulike tverrsnittsklasser h t w t f b

8 Tverrsnittsklasser 1,4 Normalisert moment 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0, Klasse 1 Klasse 2 Klasse 3 Klasse 4 Normalisert rotasjon

9 Moment-rotation curves From R. Spangermacher, Heft 20 RWTH Aachen

10 Fra Hugo Bachmann, Seismic Conceptual Design of Buildings

11 Bolteforbindelser Endeplateforbindelser som er utformet slik at endeplaten i bøyning er svakere enn boltene påp strekk vil være v mer duktil enn om boltene er svakest 8.8 bolter bør b r foretrekkes fremfor 10.9 eller høyere h fastheter For skjærbelastede bolter bør b kritisk feilform være v hullkantrykk Nettotverrsnittet ved boltehull har begrenset duktilitet

12 Fra Hugo Bachmann, Seismic Conceptual Design of Buildings

13 Sveiste forbindelser Unngå at sveisen er svakere enn platene den forbinder.

14 Fra Hugo Bachmann, Seismic Conceptual Design of Buildings

15 Syklisk virkning av jordskjelvet Ved jordskjelvsbelastning vil det ikke alltid være v nok å sikre at en forbindelse er duktil den måm også tåle den sykliske belastningen fra skjelvet (gjentatt plastifisering) I moderne bygninger er det registrert betydelig omfang av sprekker i knutepunktene som følge f av jordskjelvets sykliske belastning Et eksempel er Northridge 1994 i California

16 Typisk knutepunkt undersøkt etter Northridge skjelvet Fra E.J. Kaufmann, J.W. Fisher, Failure Analysis of Welded Steel Moment Frames Damaged in the Northridge Earthquake

17 From FEMA-350 Recommended Seismic Design Criteria for New Steel Moment-Frame Buildings has been developed by the SAC Joint Venture

18

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

20 Sveisedetalj for flens Standard detalj Forbedret detalj

21

22

23

24

25

26 Hvordan unngå at en elefant dør i august?

27 Du skyter den i juli. Dette prinsippet er brukt ved dimensjonering av stålrammer for å unngå at de plastiske tøyningene skjer i de mest sårbare forbindelsene

28 Reduksjon av flensetverrsnittet fører til at ved overbelastning skjer de plastiske deformasjonene utenfor sveisedetaljene. Dog bone design

29 Konklusjoner Stålkonstruksjoners duktilitet gir god evne til å motstå jordskjelv Beregningsregler for stålkonstruksjoner i bygg finnes i EN som snart blir utgitt Man bør b r alltid tilstrebe å lage sås duktile konstruksjonsdetaljer som mulig for å få en mest mulig robust konstruksjon I jordskjelvutsatte områder bør b r detaljene vurderes med hensyn til å tåle sykliske laster

30 Andre materialer har kanskje større utfordringer når det gjelder å tåle jordskjelv