AARDBEVINGSBELASTINGEN: Gevolgen voor de constructeur

Transcriptie

1 AARDBEVINGSBELASTINGEN: Gevolgen voor de constructeur Matthijs de Hertog Arup 1

2 Introductie 16 Augustus 2012: Aardbeving bij Huizinge (Magnitude 3,6) Zwaarste aardbeving tot dat moment, dichtbij aangehouden bovengrens van 3,9 op schaal van Richter Onderzoek Staatstoezicht op de Mijnen (SodM): Toename seismiciteit als gevolg van Gaswinning in Groningen Verwachting: zwaardere aardbevingen mogelijk dan eerder werd aangehouden Gevolg: Besluit om bouwregelgeving op te stellen omtrent aardbevingen 2

3 Introductie Eurocode 8 Ontwerp en berekening van aardbevingsbestendige constructies Nationale Bijlage Eurocode 8: nog te ontwikkelen, verwachte termijn 3 jaar NPR 9998 als praktische voorloper Nationale Bijlage, verwacht zomer 2014 Gevolg: Nieuw belastingsgeval en nieuwe regels voor constructeurs 3

4 Wat is een aardbeving? Plotseling vrijkomen van energie in de aardkorst Tectonisch: Verschuiven van platen Geïnduceerd: Inklinken van bodem (door bv. gaswinning) Sterkte van aardbevingen uitgedrukt in: Schaal van Richter (maat voor vrijgekomen energie) Schaal van Mercalli (intensiteit op maaiveld) Gevolgen op maaiveld afhankelijk van diepte en bodemopbouw 4

5 Wat is een aardbeving? Belangrijkste karakteristieken aardbevingsbelasting: Een aardbevingsbelasting heeft een bepaalde frequentie (het is een trilling) Een aardbevingsbelasting bestaat uit een versnelling van de ondergrond [Bron: KNMI] 5

6 Frequentie Eigenfrequentie constructie bepaald grootte aardbevingsbelasting Aardbevingsbelasting te bepalen middels response spectrum [Bron: Nederlands Normalisatie Instituut, Voorlopige ontwerpuitgangspunten voor nieuwbouw en verbouw onder aardbevingsbelasting ten gevolge van de gaswinning in het Groningerveld, NEN 15 mei 2014] 6

7 Frequentie Input: Fundamentele periode constructie T [s] Output: Vergrotingsfactor voor de versnelling 1.4 (2) (1) 0.7 sec. 7

8 Frequentie Eigenfrequentie onder andere afhankelijk van stijfheid en massa van de constructie Veranderingen in massa en/of stijfheid de constructie resulteren in verandering van de aardbevingsbelasting Constructies met gelijke vorm en buitenafmetingen kunnen afwijkend reageren onder aardbevingsbelastingen! 8

9 Frequentie Voorbeeld: Fabrieksschoorsteen Hoogte = 25 meter Buitendiameter = 1,8 meter Variant 1: wanddikte 20 cm, E-modulus = N/mm 2 Variant 2: wanddikte 35 cm, E-modulus = N/mm 2 Variant EI [Nmm 2 ] T [s] S e /a g 1 1, ,51 s 1,94 2 1, (+10%) 0,60 s 1,62 (-16%) 9

10 Versnelling Aardbevingen resulteren in versnelling aardoppervlak Basis: Kracht = massa x versnelling (F = m a) Grootte belasting afhankelijk van massa object Uitbreiding basis vergelijking om dynamische effecten mee te nemen Eurocode 8: Lateral Force Analysis F b = S d (T1) m l (4.5) Versnelling ondergrond (a g ) opgenomen in S d (T1) 10

11 Versnelling Voorbeeld: Fabrieksschoorsteen Variant 1 en 2 Soortelijk gewicht = 25 kn/m 3 Piekgrondversnelling = 0,2g (aanname) F b = S d (T1) m l (l = 1,0) Variant S e /a g a g (g) m (kg) F b (kn) M b (knm) 1 1,94 0, ,62 (-16%) 0, (+33%)

12 Versnelling Voorbeeld: Fabrieksschoorsteen Algemene conclusies 1. Identieke vorm en buitenafmeting, afwijkende aardbevingsbelasting! 2. Invloed van zowel de stijfheid als massa op de totale belasting is significant Conclusies voorbeeld fabrieksschoorsteen 1. Stijfheid variant 2 ligt 10% hoger dan bij variant 1 2. Spectrale versnelling variant 2 ligt 16% lager dan bij variant 1 (massa!) 3. Belastingen variant 2 ligt 33% hoger dan bij variant 1 (massa!) 12

13 Rekenmethoden Voorbeeld gaat uit van eenvoudige rekenmethode In principe 4 rekenmethoden beschikbaar (EC8) 1. Lateral Force Analysis Lineair statisch 2. Modal Response Spectrum Analysis Lineair Dynamisch 3. Push-over Analysis Niet-Lineair Statisch 4. Time-History Analysis Niet-Lineair Dynamisch Full-scale testing (shake-table test) 13

14 Time-History Analysis 14

15 Shake-table test 15