Date
2011-02-21Metadata
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Dissertation
Verbesserung der seismischen Kapazität von Mauerwerkswänden durch Verwendung von Elastomerlagern
Abstract
Ein großer Teil der Schäden wie auch der Verluste an Gesundheit und Leben im Erdbebenfall hat mit dem frühzeitigen Versagen von Mauerwerksbauten zu tun. Unbewehrtes Mauerwerk, wie es in vielen Ländern üblich ist, weist naturgemäß einen begrenzten Erdbebenwiderstand auf, da Zugspannungen und Zugkräfte nicht wie bei Stahlbeton- oder Stahlbauten aufgenommen werden können.
Aus diesem Grund wurde bereits mit verschiedenen Methoden versucht, die Tragfähigkeit von Mauerwerk im Erdbebenfall zu verbessern. Modernes Mauerwerk kann auch als bewehrtes oder eingefasstes Mauerwerk hergestellt werden. Bei bewehrtem Mauerwerk kann durch die Bewehrung der Widerstand bei Beanspruchung als Scheibe wie als Platte verbessert werden, während durch Einfassung mit Stahlbetonelementen in erster Linie die Scheibentragfähigkeit sowie die Verbindung zu angrenzenden Bauteilen verbessert wird. Eine andere interessante Möglichkeit ist das Aufbringen textiler Mauerwerksverstärkungen oder von hochfesten Lamellen.
In dieser Arbeit wird ein ganz anderer Weg beschritten, indem weiche Fugen Spannungsspitzen reduzieren sowie eine höhere Verformbarkeit gewährleiten. Dies ist im Erdbebenfall sehr hilfreich, da die Widerstandfähigkeit eines Bauwerks oder Bauteils letztlich von der Energieaufnahmefähigkeit, also dem Produkt aus Tragfähigkeit und Verformbarkeit bestimmt wird. Wenn also gleichzeitig durch die weichen Fugen keine Schwächung oder sogar eine Tragfähigkeitserhöhung stattfindet, kann der Erdbebenwiderstand gesteigert werden.
Im Kern der Dissertation steht die Entwicklung der Baukonstruktion einer Mauerwerkstruktur mit einer neuartigen Ausbildung der Mauerwerksfugen, nämlich Elastomerlager und Epoxydharzkleber anstatt üblichem Dünnbettmörtel. Das Elastomerlager wird zwischen die Steinschichten einer Mauerwerkswand eingefügt und damit verklebt. Die Auswirkung dieses Ansatzes auf das Verhalten der Mauerwerkstruktur wird unter dynamischer und quasi-statischer Last numerisch und experimentell untersucht und dargestellt.
Aus diesem Grund wurde bereits mit verschiedenen Methoden versucht, die Tragfähigkeit von Mauerwerk im Erdbebenfall zu verbessern. Modernes Mauerwerk kann auch als bewehrtes oder eingefasstes Mauerwerk hergestellt werden. Bei bewehrtem Mauerwerk kann durch die Bewehrung der Widerstand bei Beanspruchung als Scheibe wie als Platte verbessert werden, während durch Einfassung mit Stahlbetonelementen in erster Linie die Scheibentragfähigkeit sowie die Verbindung zu angrenzenden Bauteilen verbessert wird. Eine andere interessante Möglichkeit ist das Aufbringen textiler Mauerwerksverstärkungen oder von hochfesten Lamellen.
In dieser Arbeit wird ein ganz anderer Weg beschritten, indem weiche Fugen Spannungsspitzen reduzieren sowie eine höhere Verformbarkeit gewährleiten. Dies ist im Erdbebenfall sehr hilfreich, da die Widerstandfähigkeit eines Bauwerks oder Bauteils letztlich von der Energieaufnahmefähigkeit, also dem Produkt aus Tragfähigkeit und Verformbarkeit bestimmt wird. Wenn also gleichzeitig durch die weichen Fugen keine Schwächung oder sogar eine Tragfähigkeitserhöhung stattfindet, kann der Erdbebenwiderstand gesteigert werden.
Im Kern der Dissertation steht die Entwicklung der Baukonstruktion einer Mauerwerkstruktur mit einer neuartigen Ausbildung der Mauerwerksfugen, nämlich Elastomerlager und Epoxydharzkleber anstatt üblichem Dünnbettmörtel. Das Elastomerlager wird zwischen die Steinschichten einer Mauerwerkswand eingefügt und damit verklebt. Die Auswirkung dieses Ansatzes auf das Verhalten der Mauerwerkstruktur wird unter dynamischer und quasi-statischer Last numerisch und experimentell untersucht und dargestellt.
A larger proportion of the damage as well as the loss of health and life in the earthquake case has occurred due to the failure of masonry structures.
Unreinforced masonry, as is common in many countries, naturally has a limited resistance to earthquakes, because tensile stresses and tensile forces cannot be absorbed as in reinforced concrete and steel structures.
For this reason, attempts have been made using various methods to improve the bearing capacity of masonry in the case of an earthquake. Modern masonry can also be manufactured as reinforced masonry or confined masonry. The resistance of a masonry panel under in-plane loading can be improved using the reinforcement, while in the confined masonry it can be improved by using reinforced concrete elements in the first line of masonry. This method improves either the connection between the masonry and the adjacent components. Another interesting possibility for enhancing the capacity of masonry is the application of CFRP (Carbon Fiber-Reinforced Polymer) or GFRP (Glass Fiber-Reinforced Polymer) or high strength textiles.
In this work a completely different, new way has been adapted. By the proposed method stress peaks in masonry units can be reduced and the deformation capacity of masonry can be improved by using soft bed-joints in masonry. This is very helpful in case of earthquake, because the resistance of a structure is governed by the energy absorption capacity, which is the product of load bearing capacity and deformability. Thus, if by the soft bed-joints no weakness or even an increasing in load bearing capacity occurs, the earthquake resistance will be increased.
The core of the thesis is the development of the construction of a masonry structure by using a new formation of bed-joints, namely elastomeric and epoxy glue rather than conventional thin-bed mortar. The elastomeric material is inserted between layers of masonry units of a masonry wall and glued with them. The effect of this approach numerically and experimentally has been tested on the behaviour of the masonry walls and masonry structure under dynamic and quasi-static load.
Unreinforced masonry, as is common in many countries, naturally has a limited resistance to earthquakes, because tensile stresses and tensile forces cannot be absorbed as in reinforced concrete and steel structures.
For this reason, attempts have been made using various methods to improve the bearing capacity of masonry in the case of an earthquake. Modern masonry can also be manufactured as reinforced masonry or confined masonry. The resistance of a masonry panel under in-plane loading can be improved using the reinforcement, while in the confined masonry it can be improved by using reinforced concrete elements in the first line of masonry. This method improves either the connection between the masonry and the adjacent components. Another interesting possibility for enhancing the capacity of masonry is the application of CFRP (Carbon Fiber-Reinforced Polymer) or GFRP (Glass Fiber-Reinforced Polymer) or high strength textiles.
In this work a completely different, new way has been adapted. By the proposed method stress peaks in masonry units can be reduced and the deformation capacity of masonry can be improved by using soft bed-joints in masonry. This is very helpful in case of earthquake, because the resistance of a structure is governed by the energy absorption capacity, which is the product of load bearing capacity and deformability. Thus, if by the soft bed-joints no weakness or even an increasing in load bearing capacity occurs, the earthquake resistance will be increased.
The core of the thesis is the development of the construction of a masonry structure by using a new formation of bed-joints, namely elastomeric and epoxy glue rather than conventional thin-bed mortar. The elastomeric material is inserted between layers of masonry units of a masonry wall and glued with them. The effect of this approach numerically and experimentally has been tested on the behaviour of the masonry walls and masonry structure under dynamic and quasi-static load.
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Aus diesem Grund wurde bereits mit verschiedenen Methoden versucht, die Tragfähigkeit von Mauerwerk im Erdbebenfall zu verbessern. Modernes Mauerwerk kann auch als bewehrtes oder eingefasstes Mauerwerk hergestellt werden. Bei bewehrtem Mauerwerk kann durch die Bewehrung der Widerstand bei Beanspruchung als Scheibe wie als Platte verbessert werden, während durch Einfassung mit Stahlbetonelementen in erster Linie die Scheibentragfähigkeit sowie die Verbindung zu angrenzenden Bauteilen verbessert wird. Eine andere interessante Möglichkeit ist das Aufbringen textiler Mauerwerksverstärkungen oder von hochfesten Lamellen. In dieser Arbeit wird ein ganz anderer Weg beschritten, indem weiche Fugen Spannungsspitzen reduzieren sowie eine höhere Verformbarkeit gewährleiten. Dies ist im Erdbebenfall sehr hilfreich, da die Widerstandfähigkeit eines Bauwerks oder Bauteils letztlich von der Energieaufnahmefähigkeit, also dem Produkt aus Tragfähigkeit und Verformbarkeit bestimmt wird. Wenn also gleichzeitig durch die weichen Fugen keine Schwächung oder sogar eine Tragfähigkeitserhöhung stattfindet, kann der Erdbebenwiderstand gesteigert werden. Im Kern der Dissertation steht die Entwicklung der Baukonstruktion einer Mauerwerkstruktur mit einer neuartigen Ausbildung der Mauerwerksfugen, nämlich Elastomerlager und Epoxydharzkleber anstatt üblichem Dünnbettmörtel. Das Elastomerlager wird zwischen die Steinschichten einer Mauerwerkswand eingefügt und damit verklebt. Die Auswirkung dieses Ansatzes auf das Verhalten der Mauerwerkstruktur wird unter dynamischer und quasi-statischer Last numerisch und experimentell untersucht und dargestellt. A larger proportion of the damage as well as the loss of health and life in the earthquake case has occurred due to the failure of masonry structures. Unreinforced masonry, as is common in many countries, naturally has a limited resistance to earthquakes, because tensile stresses and tensile forces cannot be absorbed as in reinforced concrete and steel structures. For this reason, attempts have been made using various methods to improve the bearing capacity of masonry in the case of an earthquake. Modern masonry can also be manufactured as reinforced masonry or confined masonry. The resistance of a masonry panel under in-plane loading can be improved using the reinforcement, while in the confined masonry it can be improved by using reinforced concrete elements in the first line of masonry. This method improves either the connection between the masonry and the adjacent components. Another interesting possibility for enhancing the capacity of masonry is the application of CFRP (Carbon Fiber-Reinforced Polymer) or GFRP (Glass Fiber-Reinforced Polymer) or high strength textiles. In this work a completely different, new way has been adapted. By the proposed method stress peaks in masonry units can be reduced and the deformation capacity of masonry can be improved by using soft bed-joints in masonry. This is very helpful in case of earthquake, because the resistance of a structure is governed by the energy absorption capacity, which is the product of load bearing capacity and deformability. Thus, if by the soft bed-joints no weakness or even an increasing in load bearing capacity occurs, the earthquake resistance will be increased. The core of the thesis is the development of the construction of a masonry structure by using a new formation of bed-joints, namely elastomeric and epoxy glue rather than conventional thin-bed mortar. The elastomeric material is inserted between layers of masonry units of a masonry wall and glued with them. The effect of this approach numerically and experimentally has been tested on the behaviour of the masonry walls and masonry structure under dynamic and quasi-static load. open access Aldoghaim, Eyad Kassel, Universität, FB 14, Bauingenieur- und Umweltingenieurwesen Fehling, Ekkehard (Prof. Dr.-Ing.) Hartmann, Friedel (Prof. Dr.-Ing.) Mikromodell Numerisches Modell Konvergenz Modell Mauerwerkswand Zyklische Belastung Mauerwerksbau Erdbebenbelastung Elastomerlager 2011-01-27 </resource>
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