Seismiski izturīgu konstrukciju projektēšana pēc Eirokodekss EN 1998

1. Seismiski izturīgu konstrukciju projektēšana pēc Eirokodekss EN 1998 RTU lektora asistents Kaspars Bondars Twinning Project: Implementation of Eurocode in structural design practice in Latvia

2. Seismiski izturīgu konstrukciju projektēšanas normatīvi, EN 1990 definētie kritēriji Ar pateicību: • TWINNING PROJECT: Implementation ofEurocodes in Structural Design Practice in Latvia • Lektoram Prof. Dr.-Ing. Ekkehard Fehling, Chair of Structural ConcreteInstitute for Structural Engineering, Kasseles Universitāte, Vācija • Lektoram Dr.-Ing. F.H. Schlüter, IIBW GbR, Karlsruhe, Vācija Twinning Project: Implementation of Eurocode in structural design practice in Latvia

3. Seismiski izturīgu konstrukciju projektēšanas normatīvi, EN 1990 un EN 1991 Projektēšanas nosacījumi un iedarbes pēc: • Eirokodekss EC0 [EN 1990 – 02], Konstrukciju projektēšanas pamatprincipi, European Committee for Standardization (CEN), 2002 gada aprīļa redakcija. [LVS ENV 1990] • Eirokodekss EC1 [EN 1991], Slodzes uz konstrukcijām , European Committee for Standardization (CEN): [LVS ENV 1991] • [LVS EN 1991-1-1 – 06]:Iedarbes uz konstrukcijām, 1-1 daļa, Pamatslodzes: Blīvums, pašsvars un lietderīgās slodzes ēkām, spēkā no 2006. gada jūnija. • [LVS EN 1991-1-2 – 07]:Iedarbes uz konstrukcijām, 1-2 daļa, Vispārīgās iedarbes. Uguns radītās iedarbes uz konstrukcijām, spēkā no 2007. gada maija. • [LVS EN 1991-1-3 – 06]:Iedarbes uz konstrukcijām, 1-3 daļa, Vispārīgās iedarbes - Sniega radītās slodzes, spēkā no 2006. gada maija. • [LVS EN 1991-1-4 – 06]:Iedarbes uz konstrukcijām, 1-4 daļa, Vispārīgās iedarbes. Vēja iedarbes, spēkā no 2006. gada maija. • [LVS EN 1991-1-5 – 07]:Iedarbes uz konstrukcijām, 1-5 daļa, Vispārīgās iedarbes - Termiskās iedarbes, spēkā no 2007. gada maija. • [LVS EN 1991-1-6 – 07]:Iedarbes uz konstrukcijām, 1-6 daļa, Vispārīgās iedarbes. Iedarbes būvdarbu laikā, spēkā no 2007. gada maija. • [LVS EN 1991-1-7 – 06]: Iedarbes uz konstrukcijām, 1-7 daļa, Pamatslodzes: Ārkārtējas iedarbes, spēkā no 2006. gada decembra. • [LVS EN 1991-2 – 04]: Iedarbes uz konstrukcijām,2 daļa, Satiksmes slodzes tiltiem, spēkā no 2004. gada marta. • [LVS EN 1991-3 – 06]: Iedarbes uz konstrukcijām,3 daļa, Iedarbes no celtņiem un citām mehāniskām iekārtām, spēkā no 2006. gada decembra. • [LVS EN 1991-4 – 06]: Iedarbes uz konstrukcijām,4 daļa, Silosi un tvertnes, spēkā no 2006. gada oktobra. Twinning Project: Implementation of Eurocode in structural design practice in Latvia

4. Seismiski izturīgu konstrukciju projektēšanas normatīvi, EN 1998 definētie kritēriji Erokodekss EC8 [EN 1998] – Seismiski izturīgu konstrukciju projektēšana, European Committee for Standardization (CEN). • [LVS EN 1998-1 – 05]: Seismiski izturīgu konstrukciju projektēšana - 1.daļa: Vispārīgie noteikumi - Seismiskās iedarbes un noteikumi ēkām, spēkā no 2005. gada aprīļa. • [LVS EN 1998-2 – 06]: Seismiski izturīgu konstrukciju projektēšana. 2.daļa: Tilti, spēkā no 2006. gada maija. • [LVS EN 1998-3 – 05]: Seismiski izturīgu konstrukciju projektēšana - 3.daļa: Ēku novērtēšana un rekonstrukcija, spēkā no 2005. gada novembra. • [LVS EN 1998-4 – 06]: Seismiski izturīgu konstrukciju projektēšana. 4.daļa: Silosi, tvertnes un cauruļvadi, spēkā no 2006. gada decembra. • [LVS EN 1998-5 – 05]: Seismiski izturīgu konstrukciju projektēšana - 5.daļa: Pamati, balsta konstrukcijas un ģeotehniskie nosacījumi, spēkā no 2005. gada marta. • [LVS EN 1998-6 – 06]: Seismiski izturīgu konstrukciju projektēšana - 6.daļa: Torņi, masti un dūmeņi, spēkā no 2005. gada novembra. Twinning Project: Implementation of Eurocode in structural design practice in Latvia

5. Seismiski izturīgu konstrukciju projektēšanas normatīvi, EN 1998 definētie kritēriji Twinning Project: Implementation of Eurocode in structural design practice in Latvia

6. EN 1998 sadalījums Twinning Project: Implementation of Eurocode in structural design practice in Latvia

7. EN 1998, nacionālajā pielikumā pieļautie izvēles parametri: Twinning Project: Implementation of Eurocode in structural design practice in Latvia

8. LBN 005-99 definētā seismika Twinning Project: Implementation of Eurocode in structural design practice in Latvia

9. Pēdējo 2 nedēļu seismicitāte Eiropā, EMSC dati http://www.emsc-csem.org/index.php?page=home Ar datu atspoguļojumu prgrammā Google Earth Twinning Project: Implementation of Eurocode in structural design practice in Latvia

10. Pēdējā gada seismicitāte Eiropā, EMSC dati http://www.emsc-csem.org/index.php?page=home Ar datu atspoguļojumu prgrammā Google Earth Twinning Project: Implementation of Eurocode in structural design practice in Latvia

11. Reālā laika seismicitāte Eiropā, EMSC dati http://www.emsc-csem.org/index.php?page=home Twinning Project: Implementation of Eurocode in structural design practice in Latvia

12. Zemestrīču rašanās Zemeslodes šķēlums (Avots: USGS National Earthquake Information Center) Twinning Project: Implementation of Eurocode in structural design practice in Latvia

13. Zemestrīču rašanās Zemeslodes slāņi (Acots: USGS National Earthquake Information Center) Twinning Project: Implementation of Eurocode in structural design practice in Latvia

14. Zemestrīču rašanās Kontinentu formēšanās (no 225 milionu gadu pirms līdz mūsu dienām) (Avots: USGS) Twinning Project: Implementation of Eurocode in structural design practice in Latvia

15. Zemestrīču rašanās Tektonisko plātņu kustības rekonstrukcija (Avots: USGS National Earthquake Information Center)

16. Zemestrīču rašanās Tectonic Plates (Source: USGS National Earthquake Information Center) Twinning Project: Implementation of Eurocode in structural design practice in Latvia

17. Seismicitāte UK Twinning Project: Implementation of Eurocode in structural design practice in Latvia

18. Seismicitāte pie Latvijas Latvijā jūtama zemestrīce 2004. gada 21. septembrī Kaļiņingradas apgabals Krievijā, stiprums 4,4 (11:05) un 5,0 (13:32) balles pēc Rihtera skalas Latvijā sasniedzot 3,8 balles Twinning Project: Implementation of Eurocode in structural design practice in Latvia

19. Seismiskās bīstamības karte Avots: GSHAP Twinning Project: Implementation of Eurocode in structural design practice in Latvia

20. Zemestrīču izplatība Enerģijas lielums (Magnitude) un Intensitāte (Avots: Erdbebenfibel Baden-Württemberg)

21. Seismisko terminu vārdnīca Twinning Project: Implementation of Eurocode in structural design practice in Latvia

22. Seismisko terminu vārdnīca Twinning Project: Implementation of Eurocode in structural design practice in Latvia

23. Zemestrīču izplatība Sabrukuma tipi (Avots: Erdbebenfibel Baden-Württemberg) Twinning Project: Implementation of Eurocode in structural design practice in Latvia

24. Zemestrīces spēks M Rihtera-skala neierobežoti ..., 1, ......., 9, … Enerģijas atbrīvošanās Neatkarīgi no atrašanās Mērāms lielums Zemestrīču stipruma skalas • Intensitāte I • EMS, MSK skalas • 12 gradācija • I, ..........., XII • Uztvere, bojājumi • Atkarībā no atrašanās • Fenomenoloģisks Twinning Project: Implementation of Eurocode in structural design practice in Latvia

25. Mūra ēku bojājumu klasifikācija (Avots: DGEB) Twinning Project: Implementation of Eurocode in structural design practice in Latvia

26. Zemestrīču bojājumi

27. M5 M6 M7 Zemestrīču stiprums Twinning Project: Implementation of Eurocode in structural design practice in Latvia

28. Zemestrīču stiprums Twinning Project: Implementation of Eurocode in structural design practice in Latvia

29. Seismiskās slodzes Twinning Project: Implementation of Eurocode in structural design practice in Latvia

30. Seismiskās slodzes Seismogrāfs (Principiālā shēma) Paātrinājuma – laika - grafiks (tipisks Vācijai) Twinning Project: Implementation of Eurocode in structural design practice in Latvia

31. Seismiskās slodzes ietekme • Slogojuma fenomens • Zemestrīces laikā zemes virsma cikliski kustas vertikālā un horizontālā virzienā vairākas sekundes, svārstību amplitūda var sasniegt dažus desmitus centimetrus, atkarībā no zemestrīces intensitātes. • Kā sekas seismiskai iedarbei ir būvju atbildes svārstības, kuras atkarībā no pašsvārstību frekvencēm un konstruktīvā stinguma var izsaukt pat ēkas konstrukciju vai tās daļu sabrukumu. • Būves svārstības atkarībā no zemestrīces redītu svārstību amplitūdas, frekvences un ilguma, kā arī ēkas stinguma un grunts (pamatnes) apstākļiem. Twinning Project: Implementation of Eurocode in structural design practice in Latvia

32. Seismiskās slodzes T=0,3 (3,3 Hz) T=0.5s (2 Hz) T=2.0s (0,5 Hz) Base exitation Twinning Project: Implementation of Eurocode in structural design practice in Latvia

33. Seismiskās slodzes T=0,3s (3,3 Hz) T=0.5s (2 Hz) T=2s (0,5 Hz) Twinning Project: Implementation of Eurocode in structural design practice in Latvia

34. Seismiskās slodzes Seismisko slodžu grafiks laikā Seismisko elastīgo atbildes svārstību spektrs Sistēma tiek aprakstīta ar svārstību sakarībām Pašsvārstību frekvenci vai periodu (Masa, stingums) Twinning Project: Implementation of Eurocode in structural design practice in Latvia

35. Seismiskās slodzes Akselogramma Svārstību atbildes spektrs Twinning Project: Implementation of Eurocode in structural design practice in Latvia

36. Seismiskās slodzes • Seismiskā slodze tiek aprakstīta ar lielu skaitu aksekogrammu: elastīgo reakciju atbildes spektrs (elastic response spectrum) • Pāreja no masu koncentrācijas punktu sistēmu uz reālas būves konstrukcijām un masu sadalījumu atbildes svārstību spektra aprēķins (response spectrum analysis) • Metode pielietojama tikai lineāri elastīgām sistēmām Twinning Project: Implementation of Eurocode in structural design practice in Latvia

37. Seismiskās slodzes Nelineāra konstrukcijas atbildes reakcija no seismiska slogojuma Twinning Project: Implementation of Eurocode in structural design practice in Latvia

38. D Seismiskā izturēšanās = Pretestība * Elastība Augsta pretestība bez plastiskām deformācijām elastīgs Pretestība Vidēja pretestība, Vidējas plastiskās deformācijas Zema pretestība, Lielas plastiskās deformācijas Kopējais pārviet.D Pretestība un elastība Twinning Project: Implementation of Eurocode in structural design practice in Latvia

39. Seismiskās slodzes Aproksimāciju metode: • Lai ievērtētu nelineāros efektus, piemēram materiāla elastīgi – plastiskās īpašības lieto mūsdienīgas galīgo elementu aprēķinu programmas, taču praksē ļoti lielu un sarežģītu būvju aprēķins ar GEM programmām nav iespējams, tādēļ lieto aproksimāciju metodes. • Starpnacionālās harmonizācijas procesā tika izstrādāts un ieviests, tā sauktais behaviour factor q(izturēšanās faktors) • Elastīgās atbildes svārstību spektrs (elastic responce spectrum)jādala arqlai samazinātu seismiskās slodzes projektēšanai Projektēšanas svārstību spektrs (design spectrum). Twinning Project: Implementation of Eurocode in structural design practice in Latvia

40. Seismiskās slodzes Izturēšanās faktora qjēga • Izturēšanās faktors vispārīgi apraksta visas ēkas kompleksu nelineāru izturēšanos, ievērtējot visu pielietoto konstruktīvo elementu un materiālu mijiedarbību attiecībā pret zemestrīces akselerogrammu. • Izturēšanās faktors jāpieņem atkarībā no nesošās konstrukcijas no elastīguma un enerģijas absorbcijas spējas. • Laika – vēstures akselerogrammas raksturs un ilgums būtiski ietekmē izturēšanās faktoru q.  Izturēšanās faktors qkatrai Eiropas Savienības dalībvalstij jānosaka individuāli vadoties no zemestrīču rakstura un tipiskajiem būvniecības veidiem. Twinning Project: Implementation of Eurocode in structural design practice in Latvia

41. Seismiskās slodzes Izturēšanās faktoraq definēšana:q=Rel / RFDotajai zemestrīces laika – vēstures akselerogrammas slodzei RF, pretestības spēks tiks samazināts interācijās līdz maksimālās plastiskās deformācijas sasniegs lielumumax upl =  * uel (elastības attiecība = max upl / uel ) Twinning Project: Implementation of Eurocode in structural design practice in Latvia

42. Elastīga aprēķina slodze Seismiskās slodzes • Elastīga un elastīgi – plastiska materiālu projektēšana Samazināta aprēķina slodze Twinning Project: Implementation of Eurocode in structural design practice in Latvia

43. Aprēķina spektrs nelineāri elastīgai sistēmai F Elastīgo svārstību spektrs Se(T) / q u / q Periods T [s] Aprēķina atbildes svārstību spektrs Sd(T) F / q Izturēšanās faktorsq: atbilstoši materiālam un/vai konstrukciju tipam: q = 1,0…8,0 u de ds Twinning Project: Implementation of Eurocode in structural design practice in Latvia

44. Svārstību elastīgā spektra diagrammasElastic Spectrum Type 1, ag=1g Elastic Spectrum Type 2, ag=1g Twinning Project: Implementation of Eurocode in structural design practice in Latvia

45. Svārstību atbildes spektra diagrammasDesign Spectrum Type 1, ag=1g, q=4 Design Spectrum Type 2, ag=1g, q=4 Twinning Project: Implementation of Eurocode in structural design practice in Latvia

46. EN 1998 pamatnostātnes EN1998-1 Seismiski izturīgu konstrukciju projektēšana pamatnostātnes: • Seismiskā aprēķina slodze tiek definēta kā slodze pie kuras konstrukciju nesagrūšanas prasības tiek nodrošinātas. • Seismiskās slodzes references periods tiek noteikts kā Nacionāli Definējamais Parametrs ar rekomendēto vērtību, reize 475 gados. Tādējādi ēkas kalopšanas laika periodā, 50 gados pārsniegšanas varbūtība ir 10%. • Seismiskās slodzes tiek aprakstītas Nacionālajā Pielikumā, kā zonējuma kartes ar vienu aprakstošo vērtību: ag,R – (Reference Peak Ground Acceleration) raksturojošais zemes paātrinājums klinšainos iežos. • Aprēķina zemes paātrinājums klints iežos, kurš reizināts ar nozīmības faktoru: ag = γI ·agR • Papildus raksturojošais zemes paātrinājums klinšainos iežos (ag,R) vērtībai raksturojošā seismiskā iedarbe definēta kā elastīgo svārstību atbildes spektrs (Elastic Response Spectrum) 5% elastībai. Twinning Project: Implementation of Eurocode in structural design practice in Latvia

47. EN 1998 pamatnostātnes Spektra formu Nacionālajā pielikumā definē kā funkciju no: • Grunts tipa (Grunts virsējie slāņi dažu desmitu metru dziļumā) • Zemestrīču spēku (Magnitude) • Zemestrīču iespējamību no dziļiem slāņiem. Spekra forma sastāv nošādiem apgabaliem: • Konstanta atbildes spekrālā pseido - akselerācija • Konstants atbildes spekrālais pseido - ātrums • Konstants atbildes spekrālais pārvietojums No dienvideiropas datiem, tiek rekomendēti divu veidu horizontālie spektri: • 1 tips: Augstas un vidējas seismicitātes reģioni (attāla zemestrīce, Ms> 5.5); • 2 tips: Zema seimicitāte; lokāla zemestrīce (Ms< 5.5). Detalizēta grunts klasifikācija (5 grunts standarta tipi un 2 speciālie tiek definēti pamatojoties uz šķērsviļņu ātrumu virsējā 30m grunts slāņu zonā) Twinning Project: Implementation of Eurocode in structural design practice in Latvia

48. EN 1998 Standarta grunts tipi Twinning Project: Implementation of Eurocode in structural design practice in Latvia

49. EN 1990 definētās pārbaudes Pretestības nosacījums: Aprēķina slodzes efekti: AEd = γ Ι· AEk AEk–raksturojošā seismiskā slodzeattiecināma pret slodzes atkārtošanās periodu 475 gadi. γ Ι – būves nozīmības faktors attiecināms pret būves kalpošanas laiku (50gadi). Zemestrīces aprēķina slodze: Aprēķina pretestība: γMmateriāla paciālais faktors galējam robežstāvoklim negadījuma projektēšanas situācijā Twinning Project: Implementation of Eurocode in structural design practice in Latvia

50. EN 1998 projektēšanas pamatprincipi Projektējo jāpārbauda sekojošus robežstāvokļus: ULS robežstāvoklis nosaka: – cilvēku drošību – būves drošību SLS robežstāvoklis nosaka: – būves funkcionēšana – cilvēku komforts – būves izskats • ULS robežstāvoklissabrukuma iespēja vai cita veida strukturāli bojājumi, kas var apdraudēt cilvēku drošību. • Bojājumu ierobežojumu stadijabojājumu rašanās, kas noved pie stāvokļa aiz kurām ēkas ekspluatācijas un / vai servisa prasības neizpildās. • Vienkāršām ēkām vai zema seismiskuma apstākļos EN 1998 prasības var apmierināt bez analītiskiem aprēķiniem, ievērojot konstruktīvās prasības. Twinning Project: Implementation of Eurocode in structural design practice in Latvia