Seismische Beurteilung und Verstärkung von 3D Rahmenknoten
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurde das seismische Tragverhalten von Balken-Stützen- Verbindungen in Stahlbetonkonstruktionen untersucht. Die Stahlbetonknoten waren konventionell, ohne die Berücksichtigung von seismischen Einwirkungen, bemessen. Die Auswirkungen fehlender Zusatzbewehrung, wie Sie aktuelle Bemessungsvorschriften für den Lastfall Erdbeben vorsehen, konnte in den experimentellen und numerischen Untersuchen hinsichtlich Tragfähigkeit, Verformungsverhalten und der Versagensart untersucht werden. Der Einfluss von im Knoten anschließenden Querbalken und Platten wurde dabei berücksichtigt. Die Wirksamkeit nachträglicher Verstärkungen zur Verbesserung des seismischen Tragverhaltens wurde mithilfe weiterer Bauteilversuche untersucht. Dazu wurden der Knotenbereich der Balken-Stütze Verbindungen nachträglich mit Stahlwinkeln und Dübeln mit Injektionsmörtel verstärkt. Mit 1:1 maßstäblichen Versuchen an zweidimensionalen Knotenprüfkörpern, dreidimensionalen Knotenprüfkörpern und dreidimensionalen Prüfkörpern mit angrenzenden Stahlbetonplatten konnten mithilfe von zwei servohydraulischen Prüfzylindern erdbebenähnliche Beanspruchungen gezielt in die Prüfkörper eingeleitet werden. Für die untersuchten Stahlbetonknoten mit und ohne Verstärkung konnte das Verformungsverhalten, sich einstellende Versagensarten und der Einfluss der Verstärkung auf das Tragverhalten dokumentiert werden. Zur weiterführenden Analyse des im Versuch beobachteten Tragverhaltens wurden numerische Finite- Element-Modelle erstellt. So konnten wichtige Informationen zum der inneren Lastabtrag gewonnen werden. Folgende grundlegende Aussagen können getroffen werden: • Nichtbelastete Querbalken erhöhten die Schubtragfähigkeit des Rahmenknotens • Die diagonal verlaufenden Schubrisse im Knoten setzten sich in die Querbalken fort • Die Platte erhöhte die Steifigkeit des Systems • Die Platte wirkte unter Biegung mit. Jedoch verringerte sich der Grad der Plattenmitwirkung sobald das Schubversagen des Knotens ansetzte • Vorhandene Querbalken und Platten stellten bei der Installation der nachträglich befestigten Stahlwinkel kein praktisches Problem dar • Das seismische Verhalten der ertüchtigten Baukörper gegenüber der nicht-ertüchtigten hatte sich hinsichtlich Steifigkeit, Tragfähigkeit und Duktilität deutlich verbessert • In der ertüchtigten Balken-Stütze-Verbindung mit Platte war die Stütze anfällig für ein Schubversagen aufgrund der relativ hohen Plattenmitwirkung unter Biegung.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Influence of the aspect ratio on the shear strength of 3D beam-column joints. Otto-Graf-Journal. 2020; 19
Tonidis M., Sharma A. & Bosnjak J.
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Numerical modeling of 3D beam-column joints. 17th World Conference on Earthquake Engineering, 17WCEE, Sendai, Japan; 2020
Tonidis M., Sharma A. & Bosnjak, J.
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Numerical investigations on the influence of transverse beams and slab on the seismic behavior of substandard beam-column joints. Engineering Structures, 247, 113123.
Tonidis, Margaritis & Sharma, Akanshu
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Detailed 3D FE modeling approach for 2D and 3D beam-column joints retrofitted with fully fastened haunch retrofit solution including anchor behavior. Engineering Structures, 294, 116769.
Tonidis, Margaritis & Sharma, Akanshu
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Experimental investigations on the influence of transverse beams and slab on the seismic behavior of non-seismically designed beam-column joints. CARRS 2023, IIT Hyderabad, India
Tonidis M., Birtel V. & Sharma A.
