Seismische Nachrüstung – Wikipedia

Änderung bestehender Strukturen, um sie widerstandsfähiger gegen seismische Aktivitäten zu machen

Seismische Nachrüstung ist die Modifikation bestehender Strukturen, um sie widerstandsfähiger gegen seismische Aktivitäten, Bodenbewegungen oder Bodenversagen aufgrund von Erdbeben zu machen. Mit einem besseren Verständnis der seismischen Anforderungen an Bauwerke und unseren jüngsten Erfahrungen mit großen Erdbeben in der Nähe von städtischen Zentren wird die Notwendigkeit einer seismischen Nachrüstung anerkannt. Vor der Einführung moderner seismischer Codes in den späten 1960er Jahren für Industrieländer (USA, Japan usw.) und Ende der 1970er Jahre für viele andere Teile der Welt (Türkei, China usw.)^[1] Viele Strukturen wurden ohne ausreichende Detaillierung und Verstärkung für den Erdbebenschutz entworfen. Angesichts des bevorstehenden Problems wurden verschiedene Forschungsarbeiten durchgeführt. Weltweit wurden hochmoderne technische Richtlinien für die Bewertung, Nachrüstung und Rehabilitation von Erdbeben veröffentlicht – wie beispielsweise die ASCE-SEI 41^[2] und die Richtlinien der New Zealand Society for Earthquake Engineering (NZSEE).^[3] Diese Codes müssen regelmäßig aktualisiert werden. Das Erdbeben in Northridge 1994 brachte zum Beispiel die Sprödigkeit von geschweißten Stahlrahmen ans Licht.^[4]

Die hier beschriebenen Nachrüsttechniken gelten auch für andere Naturgefahren wie tropische Wirbelstürme, Tornados und starke Winde durch Gewitter. Während sich die derzeitige Praxis der seismischen Nachrüstung hauptsächlich mit strukturellen Verbesserungen befasst, um die seismische Gefahr der Verwendung der Strukturen zu verringern, ist es ebenso wichtig, die Gefahren und Verluste durch nicht strukturelle Elemente zu verringern. Es ist auch wichtig zu bedenken, dass es keine erdbebensichere Struktur gibt, obwohl die seismische Leistung durch eine ordnungsgemäße Erstkonstruktion oder nachfolgende Änderungen erheblich verbessert werden kann.

Infill Scherbinder – Wohnheim der Universität von Kalifornien, Berkeley

Außenverstrebung eines bestehenden Parkhauses aus Stahlbeton (Berkeley)

Strategien[edit]

In den letzten Jahrzehnten wurden Strategien zur seismischen Nachrüstung (oder Sanierung) entwickelt, nachdem neue seismische Bestimmungen eingeführt und fortschrittliche Materialien (z. B. faserverstärkte Polymere (FRP), faserverstärkter Beton und hochfester Stahl) zur Verfügung gestellt wurden.^[5]

• Erhöhung der globalen Kapazität (Stärkung). Dies erfolgt normalerweise durch Hinzufügen von Querstreben oder neuen Strukturwänden.
• Reduzierung des Erdbebenbedarfs durch zusätzliche Dämpfung und / oder Einsatz von Basisisolationssystemen.^[6]
• Erhöhung der lokalen Kapazität von Strukturelementen. Diese Strategie erkennt die inhärente Kapazität innerhalb der vorhandenen Strukturen und verfolgt daher einen kostengünstigeren Ansatz, um die lokale Kapazität (Verformung / Duktilität, Festigkeit oder Steifheit) einzelner Strukturkomponenten selektiv zu verbessern.
• Selektive Schwächungsnachrüstung. Dies ist eine kontraintuitive Strategie, um den unelastischen Mechanismus der Struktur zu ändern und gleichzeitig die inhärente Kapazität der Struktur zu erkennen.^[7]
• Ermöglichen, dass Gleitverbindungen wie Durchgangsbrücken zusätzliche Bewegungen zwischen seismisch unabhängigen Strukturen aufnehmen.
• Hinzufügen von seismischen Reibungsdämpfern, um gleichzeitig Dämpfung und eine wählbare zusätzliche Steifigkeit hinzuzufügen.

In jüngster Zeit werden ganzheitlichere Ansätze für die Nachrüstung von Gebäuden untersucht, einschließlich der kombinierten Nachrüstung von Erdbeben und Energie. Solche kombinierten Strategien zielen darauf ab, Kosteneinsparungen zu nutzen, indem gleichzeitig Maßnahmen zur Nachrüstung von Energie und zur seismischen Verstärkung angewendet werden, wodurch die seismische und thermische Leistung von Gebäuden verbessert wird.^[8][9][10]

Leistungsziele[edit]

In der Vergangenheit wurde die seismische Nachrüstung hauptsächlich zur Erreichung der öffentlichen Sicherheit eingesetzt, wobei technische Lösungen durch wirtschaftliche und politische Erwägungen begrenzt waren. Mit der Entwicklung der leistungsbasierten Erdbebentechnik (PBEE) werden jedoch nach und nach mehrere Ebenen von Leistungszielen erkannt:

• Nur öffentliche Sicherheit. Ziel ist es, das menschliche Leben zu schützen und sicherzustellen, dass die Struktur bei ihren Bewohnern oder Passanten nicht zusammenbricht und dass die Struktur sicher verlassen werden kann. Unter schwierigen seismischen Bedingungen kann die Struktur eine wirtschaftliche Gesamtabschreibung darstellen, die einen Abriss und Austausch erfordert.
• Überlebensfähigkeit der Struktur. Das Ziel ist, dass die Struktur, obwohl sie für den Ausgang sicher bleibt, möglicherweise eine umfassende Reparatur (aber keinen Austausch) erfordert, bevor sie allgemein nützlich ist oder als sicher für die Besetzung angesehen wird. Dies ist normalerweise die niedrigste Nachrüststufe für Brücken.
• Strukturfunktionalität. Primärstruktur unbeschädigt und die Struktur ist für ihre primäre Anwendung unvermindert nützlich. Durch eine hohe Nachrüstung wird sichergestellt, dass alle erforderlichen Reparaturen nur “kosmetisch” sind – zum Beispiel kleinere Risse in Putz, Trockenbau und Stuck. Dies ist das für Krankenhäuser akzeptable Mindestmaß an Nachrüstung.
• Struktur nicht betroffen. Diese Nachrüstung wird für historische Strukturen von hoher kultureller Bedeutung bevorzugt.

Techniken[edit]

Gängige seismische Nachrüsttechniken lassen sich in mehrere Kategorien einteilen:

Einer von vielen “Erdbebenbolzen”, die in historischen Häusern in der Stadt Charleston nach dem Erdbeben in Charleston von 1886 gefunden wurden. Sie konnten festgezogen und gelöst werden, um das Haus zu stützen, ohne das Haus aufgrund von Instabilität anderweitig abreißen zu müssen. Die Schrauben waren direkt lose mit dem Tragrahmen des Hauses verbunden.

Externe Vorspannung[edit]

Die Verwendung der externen Vorspannung für neue strukturelle Systeme wurde im letzten Jahrzehnt entwickelt. Unter der PRESSE (Precast Seismic Structural Systems),^[11] Ein umfangreiches gemeinsames Forschungsprogramm zwischen den USA und Japan, bei dem ungebundene hochfeste Stahlsehnen nachgespannt wurden, wurde verwendet, um ein momentfestes System mit selbstzentrierender Kapazität zu erzielen. Eine Erweiterung derselben Idee für die seismische Nachrüstung wurde im Rahmen eines Caltrans-Forschungsprojekts experimentell für die seismische Nachrüstung von kalifornischen Brücken getestet ^[12] und zur seismischen Nachrüstung von nicht duktilen Stahlbetonrahmen.^[13] Durch Vorspannung kann die Kapazität von Strukturelementen wie Balken-, Säulen- und Balken-Säulen-Verbindungen erhöht werden. Externe Vorspannung wird seit den 1970er Jahren zur strukturellen Verbesserung der Schwerkraft- / Nutzlast verwendet.^[14]

Basisisolatoren[edit]

Basisisolation ist eine Sammlung von Strukturelementen eines Gebäudes, die die Gebäudestruktur wesentlich vom Schüttelboden entkoppeln sollten, um so die Integrität des Gebäudes zu schützen und seine seismische Leistung zu verbessern. Diese erdbebentechnische Technologie, die eine Art seismische Schwingungskontrolle darstellt, kann sowohl auf ein neu entworfenes Gebäude als auch auf die seismische Aufrüstung bestehender Strukturen angewendet werden.^[15][16]

Normalerweise werden Ausgrabungen rund um das Gebäude durchgeführt und das Gebäude von den Fundamenten getrennt. Stahl- oder Stahlbetonbalken ersetzen die Verbindungen zu den Fundamenten, während unter diesen die Isolierpads oder Basisisolatoren das entfernte Material ersetzen. Während die Basisisolation dazu neigt, die Übertragung der Bodenbewegung auf das Gebäude einzuschränken, hält sie das Gebäude auch richtig über dem Fundament positioniert. Sorgfältige Liebe zum Detail ist erforderlich, wenn das Gebäude mit dem Boden verbunden ist, insbesondere an Eingängen, Treppen und Rampen, um eine ausreichende Relativbewegung dieser Strukturelemente sicherzustellen.

Zusätzliche Dämpfer[edit]

Zusätzliche Dämpfer absorbieren die Bewegungsenergie und wandeln sie in Wärme um, wodurch Resonanzeffekte in Strukturen, die fest mit dem Boden verbunden sind, “gedämpft” werden. Zusätzlich zur Erhöhung der Energiedissipationskapazität der Struktur kann eine zusätzliche Dämpfung den Verschiebungs- und Beschleunigungsbedarf innerhalb der Strukturen verringern.^[17] In einigen Fällen geht die Gefahr einer Beschädigung nicht vom anfänglichen Schock selbst aus, sondern von der periodischen Resonanzbewegung der Struktur, die durch wiederholte Bodenbewegungen hervorgerufen wird. Im praktischen Sinne wirken zusätzliche Dämpfer ähnlich wie Stoßdämpfer, die in Fahrzeugaufhängungen verwendet werden.

Abgestimmte Massendämpfer[edit]

Tuned Mass Dämpfer (TMD) verwenden bewegliche Gewichte für eine Art von Federn. Diese werden normalerweise verwendet, um die Windschwankung in sehr hohen, hellen Gebäuden zu verringern. Ähnliche Entwürfe können verwendet werden, um Erdbebenresistenz in acht- bis zehnstöckigen Gebäuden zu verleihen, die für zerstörerische erdbebeninduzierte Resonanzen anfällig sind.^[18]

Schwapptank[edit]

Ein Schwapptank ist ein großer Behälter mit niedrigviskoser Flüssigkeit (normalerweise Wasser), der an Stellen in einer Struktur platziert werden kann, an denen seitliche Schwankungsbewegungen von Bedeutung sind, wie z. B. auf dem Dach, und so abgestimmt ist, dass sie der lokalen dynamischen Resonanzbewegung entgegenwirken. Während eines seismischen (oder Windereignisses) schwappt die Flüssigkeit im Tank mit der Flüssigkeitsbewegung hin und her, die normalerweise durch interne Leitbleche gesteuert und gesteuert wird – Trennwände, die verhindern, dass der Tank selbst mit der Struktur in Resonanz tritt. siehe Schwappdynamik. Die dynamische Nettoreaktion der Gesamtstruktur wird sowohl aufgrund der entgegenwirkenden Bewegung der Masse als auch aufgrund der Energiedissipation oder Schwingungsdämpfung verringert, die auftritt, wenn die kinetische Energie des Fluids durch die Leitbleche in Wärme umgewandelt wird. Im Allgemeinen ist der Temperaturanstieg im System minimal und wird durch die Umgebungsluft passiv gekühlt. Ein Rincon Hill in San Francisco ist ein Wolkenkratzer mit einem Schwapptank auf dem Dach, der in erster Linie entwickelt wurde, um die seitliche Schwankungsbewegung des Windes zu verringern. Ein Schwapptank ist ein passiv abgestimmter Massendämpfer. Um wirksam zu sein, liegt die Masse der Flüssigkeit normalerweise in der Größenordnung von 1% bis 5% der Masse, der sie entgegenwirkt, und dies erfordert häufig ein erhebliches Flüssigkeitsvolumen. In einigen Fällen dienen diese Systeme als Notwasserzisternen zur Brandbekämpfung.

Aktives Steuerungssystem[edit]

Sehr hohe Gebäude (“Wolkenkratzer”) können bei bestimmten Windverhältnissen unangenehm (aber nicht gefährlich) schwanken, wenn sie aus modernen, leichten Materialien gebaut werden. Eine Lösung für dieses Problem besteht darin, in einem oberen Stockwerk eine große Masse aufzunehmen, die eingeschränkt, aber frei ist, sich in einem begrenzten Bereich zu bewegen, und sich auf einer Art Lagersystem wie einem Luftkissen oder einem Hydraulikfilm zu bewegen. Hydraulikkolben, die von Elektropumpen und Druckspeichern angetrieben werden, werden aktiv angetrieben, um Windkräften und natürlichen Resonanzen entgegenzuwirken. Diese können bei richtiger Auslegung auch bei der Kontrolle übermäßiger Bewegungen – mit oder ohne angelegte Kraft – bei einem Erdbeben wirksam sein. Im Allgemeinen sind moderne Hochhäuser mit Stahlrahmen jedoch nicht so gefährlichen Bewegungen ausgesetzt wie mittelhohe Gebäude (acht bis zehn Stockwerke), da die Resonanzperiode eines hohen und massiven Gebäudes länger ist als die von etwa einer Sekunde ausgeübten Stöße ein Erdbeben.

Ad-hoc-Zusatz von struktureller Unterstützung / Verstärkung[edit]

Die häufigste Form der seismischen Nachrüstung von unteren Gebäuden besteht darin, die vorhandene Struktur zu stärken, um seismischen Kräften standzuhalten. Die Verstärkung kann auf Verbindungen zwischen vorhandenen Bauelementen beschränkt sein oder das Hinzufügen von primären Widerstandselementen wie Wänden oder Rahmen, insbesondere in den unteren Stockwerken. Zu den üblichen Nachrüstungsmaßnahmen für unbewehrte Mauerwerksgebäude im Westen der USA gehören das Hinzufügen von Stahlrahmen, das Hinzufügen von Stahlbetonwänden und in einigen Fällen das Hinzufügen einer Basisisolierung.

Verbindungen zwischen Gebäuden und deren Erweiterungen[edit]

Häufig werden Gebäudeerweiterungen nicht stark mit der vorhandenen Struktur verbunden, sondern einfach daneben platziert, wobei nur eine geringe Kontinuität bei Bodenbelägen, Abstellgleisen und Dächern besteht. Infolgedessen kann die Addition eine andere Resonanzperiode als die ursprüngliche Struktur haben und sie können sich leicht voneinander lösen. Die Relativbewegung führt dann dazu, dass die beiden Teile kollidieren und schwere strukturelle Schäden verursachen. Durch seismische Modifikationen werden die beiden Bauteile entweder starr miteinander verbunden, so dass sie sich wie eine einzige Masse verhalten, oder es werden Dämpfer verwendet, um die Energie aus der Relativbewegung zu verbrauchen, wobei diese Bewegung angemessen berücksichtigt wird, z. B. vergrößerter Abstand und Gleitbrücken zwischen Abschnitten.

Außenverstärkung des Gebäudes[edit]

Betonaußensäulen[edit]

Historische Gebäude aus unverstärktem Mauerwerk können kulturell wichtige Innendetails oder Wandgemälde aufweisen, die nicht gestört werden sollten. In diesem Fall kann die Lösung darin bestehen, eine Reihe von Stahl-, Stahlbeton- oder nachgespannten Betonsäulen an der Außenseite anzubringen. Die Verbindungen zu anderen Elementen wie Fundamenten, Deckplatten und Dachstühlen müssen sorgfältig beachtet werden.

Scherbinder füllen[edit]

Hier ist eine äußere Schubbewehrung eines herkömmlichen Schlafsaalgebäudes aus Stahlbeton dargestellt. In diesem Fall gab es eine ausreichende vertikale Festigkeit in den Gebäudesäulen und eine ausreichende Scherfestigkeit in den unteren Stockwerken, so dass nur eine begrenzte Scherverstärkung erforderlich war, um es für diesen Ort in der Nähe der Hayward-Verwerfung erdbebensicher zu machen.

Massive Außenstruktur[edit]

Unter anderen Umständen ist eine weitaus stärkere Verstärkung erforderlich. In der rechts gezeigten Struktur – einem Parkhaus über Geschäften – wird die Platzierung, Detaillierung und Bemalung der Bewehrung selbst zu einer architektonischen Verschönerung.

Typische Nachrüstlösungen[edit]

Soft-Story-Misserfolg[edit]

Teilversagen aufgrund unzureichender Scherstruktur auf Garagenebene. Schäden in San Francisco durch das Ereignis Loma Prieta.

Dieser Kollapsmodus ist bekannt als weiche Geschichte zusammenbrechen. In vielen Gebäuden ist das Erdgeschoss für andere Zwecke als die oberen Ebenen ausgelegt. Niedrige Wohnstrukturen können über einem Parkhaus errichtet werden, das auf einer Seite große Türen hat. Hotels können ein hohes Erdgeschoss haben, um einen großen Eingang oder Ballsäle zu ermöglichen. In Bürogebäuden können sich im Erdgeschoss Einzelhandelsgeschäfte mit durchgehenden Schaufenstern befinden.

Traditionelles seismisches Design geht davon aus, dass die unteren Stockwerke eines Gebäudes stärker sind als die oberen Stockwerke. Wo dies nicht der Fall ist – wenn die untere Etage weniger stark ist als die obere Struktur -, reagiert die Struktur nicht wie erwartet auf Erdbeben^{[clarification needed]} Mode. Mit modernen Entwurfsmethoden ist es möglich, eine schwache untere Geschichte zu berücksichtigen. Mehrere Ausfälle dieser Art in einem großen Apartmentkomplex verursachten die meisten Todesfälle beim Erdbeben in Northridge 1994.

Wenn diese Art von Problem auftritt, wird die schwache Geschichte in der Regel verstärkt, um sie durch Hinzufügen von Scherwänden oder Momentrahmen stärker als die darüber liegenden Böden zu machen. Momentrahmen bestehend aus invertiert U. Biegungen sind nützlich, um den Zugang zur Garage im unteren Stockwerk zu erhalten, während eine kostengünstigere Lösung darin bestehen kann, Scherwände oder Traversen an mehreren Stellen zu verwenden, wodurch die Nützlichkeit für das Parken von Kraftfahrzeugen teilweise verringert wird, der Platz jedoch weiterhin für andere Lager genutzt werden kann.

Balken-Säulen-Verbindungsverbindungen[edit]

Stahlverstärkung mit Eckverbindung und hochfeste Stangen mit verfugtem Anti-Burst-Mantel darunter

Balken-Säulen-Verbindungsverbindungen sind eine häufige strukturelle Schwäche bei der seismischen Nachrüstung. Vor der Einführung moderner seismischer Codes in den frühen 1970er Jahren waren Balken-Säulen-Verbindungen in der Regel nicht konstruiert oder konstruiert. Labortests haben die seismische Verwundbarkeit dieser schlecht detaillierten und unterentwickelten Verbindungen bestätigt.^{[19][20][21][22]} Das Versagen von Balken-Säulen-Verbindungen kann typischerweise zu einem katastrophalen Zusammenbruch eines Rahmengebäudes führen, wie dies bei jüngsten Erdbeben häufig beobachtet wurde^[23][24]

Für Stahlbeton-Balken-Säulen-Verbindungen wurden in den letzten 20 Jahren verschiedene Nachrüstlösungen vorgeschlagen und getestet. Philosophisch können die verschiedenen oben diskutierten seismischen Nachrüststrategien für Stahlbetonfugen implementiert werden. Die Ummantelung von Beton oder Stahl war bis zum Aufkommen von Verbundwerkstoffen wie kohlefaserverstärktem Polymer (FRP) eine beliebte Nachrüsttechnik. Verbundwerkstoffe wie Kohlenstoff-GFK und aramisches GFK wurden mit einigem Erfolg ausgiebig auf die Verwendung bei der seismischen Nachrüstung getestet.^[25][26][27] Eine neuartige Technik umfasst die Verwendung einer selektiven Schwächung des Trägers und eine zusätzliche externe Vorspannung des Gelenks^[28] um ein Biegegelenk im Träger zu erreichen, was im Hinblick auf die seismische Auslegung wünschenswerter ist.

Beispielsweise haben weit verbreitete Schweißausfälle an Balkensäulenverbindungen von Stahlgebäuden mit niedrigem bis mittlerem Anstieg während des Erdbebens in Northridge 1994 die strukturellen Mängel dieser nach den 1970er Jahren geschweißten, momentfesten Schweißverbindungen gezeigt.^[29] Ein anschließendes SAC-Forschungsprojekt [4] hat mehrere Nachrüstlösungen für diese momentfesten Verbindungen aus geschweißtem Stahl dokumentiert, getestet und vorgeschlagen. Für diese Schweißverbindungen wurden verschiedene Nachrüstlösungen entwickelt – wie a) Schweißnahtverstärkung und b) Hinzufügen eines Stahlbüschels oder eines Flansches in Hundeknochenform.^[30]

Nach dem Erdbeben in Northridge wurden bei einer Reihe von Stahl-Momentrahmengebäuden Sprödbrüche von Balken-Säulen-Verbindungen festgestellt. Die Entdeckung dieser unerwarteten Sprödbrüche von Rahmenverbindungen war für Ingenieure und die Bauindustrie alarmierend. Ab den 1960er Jahren begannen die Ingenieure, geschweißte Stahl-Momentrahmengebäude als eines der duktilsten Systeme zu betrachten, die in der Bauordnung enthalten sind. Viele Ingenieure waren der Ansicht, dass Stahlrahmen-Momentrahmengebäude im Wesentlichen für erdbebenbedingte Schäden unverwundbar sind, und dachten, dass Schäden, die auftreten sollten, auf das duktile Nachgeben von Bauteilen und Verbindungen beschränkt wären. Die Beobachtung der Schäden, die Gebäude beim Erdbeben in Northridge 1994 erlitten hatten, zeigte, dass entgegen dem beabsichtigten Verhalten in vielen Fällen Sprödbrüche innerhalb der Verbindungen bei sehr geringem Kunststoffbedarf auftraten. Im September 1994 beriefen das SAC Joint Venture, AISC, AISI und NIST gemeinsam einen internationalen Workshop in Los Angeles ein, um die Bemühungen verschiedener Teilnehmer zu koordinieren und den Grundstein für eine systematische Untersuchung und Lösung des Problems zu legen. Im September 1995 schloss das SAC Joint Venture mit der FEMA eine vertragliche Vereinbarung zur Durchführung der Phase II des SAC Steel-Projekts. In Phase II setzte SAC seine umfassende problemorientierte Untersuchung der Leistung von momentfesten Stahlrahmen und Verbindungen verschiedener Konfigurationen fort, mit dem Ziel, seismische Entwurfskriterien für den Stahlbau zu entwickeln. Als Ergebnis dieser Untersuchungen ist nun bekannt, dass das typische Moment-widerstandsfähige Verbindungsdetail, das vor dem Erdbeben in Northridge 1994 in der Stahl-Momentrahmenkonstruktion verwendet wurde, eine Reihe von Merkmalen aufwies, die es von Natur aus anfällig für Sprödbruch machten.^[31]

Scherbruch in der Bodenmembran[edit]

Fußböden in Holzgebäuden werden normalerweise auf relativ tiefen Holzflächen, sogenannten Balken, errichtet, die mit einer diagonalen Holzplanke oder Sperrholz bedeckt sind, um einen Unterboden zu bilden, auf den die Oberfläche des Endbodens gelegt wird. In vielen Strukturen sind diese alle in die gleiche Richtung ausgerichtet. Um zu verhindern, dass die Balken auf die Seite kippen, wird an jedem Ende eine Blockierung verwendet. Für zusätzliche Steifheit kann eine Blockierung oder diagonale Holz- oder Metallverstrebung zwischen den Balken an einem oder mehreren Punkten in ihren Spannweiten angebracht werden. An der Außenkante wird normalerweise eine einzige Blockiertiefe und insgesamt ein Begrenzungsstrahl verwendet.

Wenn das Blockieren oder Nageln nicht ausreicht, kann jeder Balken durch die auf das Gebäude ausgeübten Scherkräfte flach gelegt werden. In dieser Position fehlt ihnen der größte Teil ihrer ursprünglichen Stärke und die Struktur kann weiter zusammenbrechen. Im Rahmen einer Nachrüstung kann die Blockierung insbesondere an den Außenkanten des Gebäudes verdoppelt werden. Es kann angebracht sein, zusätzliche Nägel zwischen der Schwellerplatte der auf der Bodenmembran aufgestellten Begrenzungswand anzubringen, obwohl hierfür die Schwellerplatte durch Entfernen des Innenputzes oder der Außenverkleidung freigelegt werden muss. Da die Schwellerplatte möglicherweise ziemlich alt und trocken ist und erhebliche Nägel verwendet werden müssen, muss möglicherweise ein Loch für den Nagel in das alte Holz vorgebohrt werden, um ein Spalten zu vermeiden. Wenn die Wand zu diesem Zweck geöffnet wird, kann es auch angebracht sein, vertikale Wandelemente mit speziellen Verbindern und mit Epoxidzement geklebten Schrauben in in das Fundament gebohrte Löcher zu binden.

Abrutschen des Fundaments und Versagen der “Krüppelwand”[edit]

Haus rutschte vom Fundament

Niedriger Krüppelwandeinsturz und Ablösung der Struktur von der Betontreppe

Ein- oder zweistöckige Holzrahmen-Hauskonstruktionen, die auf einem Perimeter- oder Plattenfundament errichtet wurden, sind bei einem Erdbeben relativ sicher, aber bei vielen Konstruktionen, die vor 1950 gebaut wurden, befindet sich die Schwellerplatte zwischen dem Betonfundament und der Bodenmembran (Perimeterfundament) oder der Ständerwand (Plattenfundament) ist möglicherweise nicht ausreichend eingeschraubt. Außerdem können ältere Anbaugeräte (ohne wesentlichen Korrosionsschutz) bis zu einem Schwachpunkt korrodiert sein. Ein seitlicher Stoß kann das Gebäude vollständig von den Fundamenten oder Platten rutschen.

Oft werden solche Gebäude, insbesondere wenn sie an einem mäßigen Hang errichtet werden, auf einer Plattform errichtet, die durch niedrige Ständerwände, die als “Krüppelwand” oder “Krüppelwand” bezeichnet werden, mit einem Begrenzungsfundament verbunden ist Aufstecken. Diese niedrige Wandstruktur selbst kann in der Scherung oder in ihren Verbindungen zu sich selbst an den Ecken versagen, was dazu führt, dass sich das Gebäude diagonal bewegt und die niedrigen Wände einstürzt. Die Wahrscheinlichkeit eines Versagens des Pin-Ups kann verringert werden, indem sichergestellt wird, dass die Ecken durch Scherung gut verstärkt sind und dass die Scherplatten durch die Eckpfosten gut miteinander verbunden sind. Dies erfordert strukturelles Sperrholz, das häufig auf Fäulnisbeständigkeit behandelt wird. Diese Sperrholzsorte wird ohne ungefüllte Innenknoten und mit mehr dünneren Schichten als gewöhnliches Sperrholz hergestellt. Bei neuen Gebäuden, die Erdbeben widerstehen sollen, wird in der Regel OSB (Oriented Strang Board) verwendet, manchmal mit Metallverbindungen zwischen den Paneelen und mit gut befestigter Stuckabdeckung, um die Leistung zu verbessern. In vielen modernen Traktathäusern, insbesondere solchen, die auf expansivem (Lehm-) Boden errichtet wurden, besteht das Gebäude aus einer einzigen und relativ dicken monolithischen Platte, die durch hochfeste Stangen, die nach dem Abbinden der Platte belastet werden, in einem Stück gehalten wird. Durch diese Nachbeanspruchung wird der Beton unter Druck gesetzt – ein Zustand, unter dem er extrem stark gebogen wird und daher unter widrigen Bodenbedingungen nicht reißt.

Mehrere Pfeiler in flachen Gruben[edit]

Einige ältere kostengünstige Strukturen werden auf konischen Betonmasten in flachen Gruben errichtet, eine Methode, die häufig zum Anbringen von Außendecks an vorhandenen Gebäuden verwendet wird. Dies zeigt sich unter feuchten Bodenbedingungen, insbesondere unter tropischen Bedingungen, da es einen trockenen, belüfteten Raum unter dem Haus hinterlässt, und unter Bedingungen des Permafrosts (gefrorener Schlamm) im äußersten Norden, da es verhindert, dass die Wärme des Gebäudes den Boden darunter destabilisiert. Während eines Erdbebens können die Pylone kippen und das Gebäude zu Boden fallen lassen. Dies kann überwunden werden, indem tief gebohrte Löcher verwendet werden, um vor Ort eingegossene verstärkte Pylone aufzunehmen, die dann an den Ecken des Gebäudes an der Bodenplatte befestigt werden. Eine andere Technik besteht darin, zwischen den Pylonen eine ausreichende Diagonalverstrebung oder Abschnitte der Betonscherwand hinzuzufügen.

Stahlbetonsäule platzte[edit]

Ummantelte und verfugte Säule links, rechts unverändert

Stahlbetonsäulen enthalten typischerweise vertikale Bewehrungsstäbe mit großem Durchmesser (Bewehrungsstäbe), die in einem Ring angeordnet sind und von leichteren Bewehrungsstreifen umgeben sind. Bei der Analyse von Fehlern aufgrund von Erdbeben wurde festgestellt, dass die Schwäche nicht in den vertikalen Balken lag, sondern in einer unzureichenden Stärke und Menge der Reifen. Sobald die Unversehrtheit der Reifen verletzt ist, kann sich die vertikale Bewehrung nach außen biegen und die zentrale Betonsäule belasten. Der Beton zerfällt dann einfach in kleine Stücke, die jetzt nicht mehr von der umgebenden Bewehrung belastet werden. Bei Neubauten werden mehr Reifenrahmen verwendet.

Eine einfache Nachrüstung besteht darin, die Säule mit einem Mantel aus Stahlplatten zu umgeben, die zu einem einzigen Zylinder geformt und verschweißt sind. Der Raum zwischen dem Mantel und der Säule wird dann mit Beton gefüllt, ein Vorgang, der als Vergießen bezeichnet wird. Wenn die Boden- oder Strukturbedingungen eine solche zusätzliche Modifikation erfordern, können zusätzliche Pfähle in der Nähe des Säulenbodens eingetrieben werden und Betonplatten, die die Pfähle mit dem Pylon verbinden, werden auf oder unter dem Boden hergestellt. In dem gezeigten Beispiel mussten nicht alle Säulen modifiziert werden, um eine ausreichende seismische Beständigkeit für die erwarteten Bedingungen zu erreichen. (Dieser Ort ist ungefähr eine Meile von der Hayward Fault Zone entfernt.)

Stahlbetonwand platzt[edit]

Betonwände werden häufig am Übergang zwischen erhöhten Straßenfüll- und Überführungsstrukturen verwendet. Die Wand wird sowohl verwendet, um den Boden zurückzuhalten und so die Verwendung einer kürzeren Spannweite zu ermöglichen, als auch um das Gewicht der Spannweite direkt nach unten auf Fundamente in ungestörtem Boden zu übertragen. Wenn diese Wände nicht ausreichen, können sie unter dem Stress der durch ein Erdbeben verursachten Bodenbewegung zusammenbrechen.

Eine Form der Nachrüstung besteht darin, zahlreiche Löcher in die Oberfläche der Wand zu bohren und kurz zu sichern L.-förmige Abschnitte der Bewehrung an der Oberfläche jedes Lochs mit Epoxidkleber. Zusätzliche vertikale und horizontale Bewehrungsstäbe werden dann an den neuen Elementen befestigt, eine Form wird errichtet und eine zusätzliche Betonschicht wird gegossen. Diese Modifikation kann mit zusätzlichen Fundamenten in ausgehobenen Gräben und zusätzlichen Stützbüchern und Rückbindungen kombiniert werden, um die Spannweite an den Begrenzungswänden beizubehalten.

Beschädigung von Mauerwerkswänden[edit]

In Mauerwerkskonstruktionen wurden Ziegelbaukonstruktionen mit Beschichtungen aus Glasfasern und geeignetem Harz (Epoxid oder Polyester) verstärkt. In den unteren Etagen können diese auf ganze freiliegende Flächen aufgetragen werden, während sie in den oberen Etagen auf enge Bereiche um Fenster- und Türöffnungen beschränkt sein können. Diese Anwendung bietet eine Zugfestigkeit, die die Wand gegen Abbiegen von der Seite mit der Anwendung versteift. Der effiziente Schutz eines gesamten Gebäudes erfordert umfangreiche Analysen und Konstruktionen, um die geeigneten zu behandelnden Standorte zu bestimmen.

In Stahlbetongebäuden werden Mauerwerksfüllwände als nichttragende Elemente betrachtet. Schäden an Füllungen können jedoch zu hohen Reparaturkosten führen und das Verhalten eines Bauwerks ändern, was sogar zu den oben genannten Scherfehlern bei weichen Stockwerken oder Balken-Säulen-Verbindungen führt. Ein lokaler Ausfall der Füllplatten aufgrund von Mechanismen innerhalb und außerhalb der Ebene, aber auch aufgrund ihrer Kombination, kann zu einem plötzlichen Kapazitätsabfall führen und somit zu einem globalen Sprödbruch der Struktur führen. Selbst bei Erdbeben geringerer Intensität können Schäden an gefüllten Rahmen zu hohen wirtschaftlichen Verlusten und zum Tod führen.^[32]

Um Schäden und Ausfälle an der Mauerwerksfüllung zu vermeiden, zielen typische Nachrüststrategien darauf ab, die Füllungen zu verstärken und eine angemessene Verbindung zum Rahmen herzustellen. Beispiele für Nachrüsttechniken für Mauerwerksfüllungen umfassen stahlverstärkte Putze,^[33][34]technische zementhaltige Verbundwerkstoffe,^[35][36] Dünnschichten faserverstärkte Polymere (FRP),^[37][38] und zuletzt auch textilverstärkte Mörtel (TRM).^[39][40]

Aufzug[edit]

Wo feuchter oder schlecht verfestigter Schwemmlandboden in einer “strandähnlichen” Struktur gegen darunter liegendes festes Material grenzt, können seismische Wellen, die sich durch das Schwemmland bewegen, verstärkt werden, ebenso wie Wasserwellen gegen einen abfallenden Strand. Unter diesen besonderen Bedingungen wurden vertikale Beschleunigungen bis zur doppelten Schwerkraft gemessen. Wenn ein Gebäude nicht an einem gut eingebetteten Fundament befestigt ist, kann das Gebäude von (oder mit) seinen Fundamenten in die Luft geschoben werden, normalerweise mit schweren Schäden bei der Landung. Selbst wenn es begründet ist, können sich höhere Teile wie Obergeschosse oder Dachkonstruktionen oder angebrachte Strukturen wie Vordächer und Veranden von der Primärstruktur lösen.

Gute Praktiken in modernen, erdbebensicheren Strukturen erfordern gute vertikale Verbindungen in allen Bauteilen des Gebäudes, von ungestörter oder technischer Erde über Fundament bis hin zu Schwellerplatte, vertikalen Stehbolzen, Plattenkappe durch jede Etage und bis zur Dachkonstruktion. Über dem Fundament und der Schwellerplatte werden die Verbindungen normalerweise mit Stahlband- oder Blechprägungen hergestellt, die mit speziell gehärteten Nägeln mit hoher Scherfestigkeit an Holzbauteilen genagelt werden, und mit Winkelstempeln, die mit großen Unterlegscheiben gesichert sind, um ein Durchziehen zu verhindern. Wenn in einer bestehenden Konstruktion unzureichende Schrauben zwischen den Schwellerplatten und einem Fundament vorgesehen sind (oder aufgrund möglicher Korrosion nicht vertrauenswürdig sind), können spezielle Klemmplatten hinzugefügt werden, die jeweils mit Expansionsschrauben, die in in ein Loch gebohrte Löcher eingesetzt sind, am Fundament befestigt werden freiliegende Fläche aus Beton. Andere Elemente müssen dann mit zusätzlichen Anschlüssen an den Schwellerplatten befestigt werden.

Boden[edit]

Eine der schwierigsten Nachrüstungen ist die, die erforderlich ist, um Schäden durch Bodenversagen zu vermeiden. Bodenversagen kann an einem Hang, einem Hangversagen oder Erdrutsch oder in einem flachen Bereich aufgrund der Verflüssigung von wassergesättigtem Sand und / oder Schlamm auftreten. Im Allgemeinen müssen tiefe Pfähle in stabilen Boden (normalerweise harter Schlamm oder Sand) oder in darunter liegendes Grundgestein gerammt werden, oder der Hang muss stabilisiert werden. Bei Gebäuden, die auf früheren Erdrutschen errichtet wurden, kann die Praktikabilität der Nachrüstung durch wirtschaftliche Faktoren eingeschränkt sein, da es nicht praktikabel ist, einen großen, tiefen Erdrutsch zu stabilisieren. Die Wahrscheinlichkeit eines Erdrutschs oder Bodenversagens kann auch von saisonalen Faktoren abhängen, da der Boden zu Beginn einer Regenzeit stabiler sein kann als zu Beginn der Trockenzeit. Solch eine “Zwei-Jahreszeiten” mediterranes Klima wird in ganz Kalifornien gesehen.

In einigen Fällen kann am besten der Eintritt von Wasser aus höheren, stabilen Höhen durch Auffangen und Umgehen von Kanälen oder Rohren verringert und direkt infiltriertes Wasser und aus unterirdischen Quellen durch Einführen horizontaler perforierter Rohre abgelassen werden. Es gibt zahlreiche Orte in Kalifornien, an denen umfangreiche Entwicklungen auf archaischen Erdrutschen errichtet wurden, die sich in historischer Zeit nicht bewegt haben, die aber (wenn sie sowohl wassergesättigt als auch durch ein Erdbeben erschüttert sind) eine hohe Wahrscheinlichkeit haben, sich zu bewegen en masseund bringt ganze Teile der Vorstadtentwicklung an neue Standorte. Während die modernsten Hausstrukturen (die gut mit monolithischen Betonfundamentplatten verbunden sind, die mit nachgespannten Kabeln verstärkt sind) eine solche Bewegung weitgehend intakt überstehen können, befindet sich das Gebäude nicht mehr an der richtigen Stelle.

Versorgungsleitungen und -kabel: Risiken[edit]

Erdgas- und Propanversorgungsleitungen zu Bauwerken erweisen sich während und nach Erdbeben häufig als besonders gefährlich. Sollte sich ein Gebäude von seinem Fundament lösen oder aufgrund eines Einsturzes der Krüppelwand fallen, können die Rohre aus duktilem Eisen, die das Gas innerhalb der Struktur transportieren, gebrochen werden, typischerweise an der Stelle von Gewindeverbindungen. Das Gas kann dann weiterhin aus höheren Druckleitungen dem Druckregler zugeführt werden und so in wesentlichen Mengen weiter fließen; Es kann dann von einer nahe gelegenen Quelle wie einer beleuchteten Zündflamme oder einer elektrischen Lichtbogenverbindung gezündet werden.

Es gibt zwei Hauptmethoden, um den Gasfluss nach einem Erdbeben automatisch zu drosseln, die auf der Niederdruckseite des Reglers und normalerweise stromabwärts des Gaszählers installiert sind.

• Eine Käfigmetallkugel kann am Rand einer Öffnung angeordnet sein. Bei einem seismischen Schlag rollt die Kugel in die Öffnung und verschließt sie, um einen Gasfluss zu verhindern. Die Kugel kann später durch Verwendung eines externen Magneten zurückgesetzt werden. Dieses Gerät reagiert nur auf Bodenbewegungen.
• Eine durchflussempfindliche Vorrichtung kann zum Schließen eines Ventils verwendet werden, wenn der Gasfluss einen festgelegten Schwellenwert überschreitet (ähnlich wie bei einem elektrischen Leistungsschalter). Dieses Gerät arbeitet unabhängig von seismischen Bewegungen, reagiert jedoch nicht auf geringfügige Undichtigkeiten, die durch ein Erdbeben verursacht werden können.

Es scheint, dass die sicherste Konfiguration darin besteht, eines dieser Geräte in Reihe zu verwenden.

Tunnel[edit]

Die größte Gefahr für Tunnel ist ein Erdrutsch, der einen Eingang blockiert, es sei denn, der Tunnel durchdringt einen Fehler, der wahrscheinlich abrutscht. Zusätzlicher Schutz um den Eingang kann angewendet werden, um fallendes Material umzuleiten (ähnlich wie beim Umleiten von Schneelawinen), oder der Hang über dem Tunnel kann auf irgendeine Weise stabilisiert werden. Wenn nur kleine bis mittelgroße Felsen und Felsbrocken fallen sollen, kann der gesamte Hang mit Drahtgeflecht bedeckt sein, das mit Metallstangen am Hang befestigt ist. Dies ist auch eine übliche Modifikation von Autobahnschnitten, wenn geeignete Bedingungen vorliegen.

Unterwasserrohre[edit]

Die Sicherheit von Unterwasserrohren hängt in hohem Maße von den Bodenbedingungen ab, unter denen der Tunnel gebaut wurde, den verwendeten Materialien und Verstärkungen sowie dem maximal erwarteten Erdbeben und anderen Faktoren, von denen einige nach heutigem Kenntnisstand möglicherweise unbekannt bleiben.

BART Rohr[edit]

Eine Röhre von besonderem strukturellen, seismischen, wirtschaftlichen und politischen Interesse ist die BART-Transbay-Röhre (Bay Area Rapid Transit). Diese Röhre wurde am Fuße der Bucht von San Francisco durch ein innovatives Verfahren hergestellt. Anstatt einen Schild durch den Schlamm der weichen Bucht zu schieben, wurde die Röhre abschnittsweise an Land gebaut. Jeder Abschnitt bestand aus zwei inneren Zugtunneln mit kreisförmigem Querschnitt, einem zentralen Zugangstunnel mit rechteckigem Querschnitt und einer äußeren ovalen Hülle, die die drei inneren Rohre umfasste. Der Zwischenraum war mit Beton gefüllt. Am Boden der Bucht wurde ein Graben ausgehoben und ein Flachbett aus Schotter vorbereitet, um die Rohrabschnitte aufzunehmen. Die Abschnitte wurden dann an Ort und Stelle geschwommen und versenkt und dann mit Schraubverbindungen mit zuvor platzierten Abschnitten verbunden. Eine Überfüllung wurde dann auf das Rohr gelegt, um es festzuhalten. Nach der Fertigstellung von San Francisco nach Oakland wurden die Gleise und elektrischen Komponenten installiert. Die vorhergesagte Reaktion der Röhre während eines schweren Erdbebens wurde mit der einer Reihe (gekochter) Spaghetti in einer Schüssel Gelatine-Dessert verglichen. Um eine Überlastung des Rohrs aufgrund unterschiedlicher Bewegungen an jedem Ende zu vermeiden, wurde am Endpunkt von San Francisco unter dem Wahrzeichen Ferry Building eine Gleitverbindung angebracht.

Die Ingenieure des Baukonsortiums PBTB (Parsons Brinckerhoff-Tudor-Bechtel) verwendeten die damals besten Schätzungen der Bodenbewegung, die angesichts moderner rechnergestützter Analysemethoden und geotechnischer Kenntnisse als unzureichend bekannt sind. Das unerwartete Absetzen des Rohrs hat die Menge an Schlupf verringert, die ohne Fehler aufgenommen werden kann. Diese Faktoren haben dazu geführt, dass die Gleitverbindung zu kurz ausgelegt wurde, um das Überleben des Rohrs bei möglichen (möglicherweise sogar wahrscheinlichen) großen Erdbeben in der Region sicherzustellen. Um diesen Mangel zu beheben, muss die Gleitverbindung verlängert werden, um zusätzliche Bewegungen zu ermöglichen. Diese Änderung dürfte sowohl teuer als auch technisch und logistisch schwierig sein. Weitere Nachrüstungen des BART-Rohrs umfassen die Vibrationsverfestigung der Überfüllung des Rohrs, um eine mögliche Verflüssigung der jetzt abgeschlossenen Überfüllung zu vermeiden. (Sollte die Überfüllung ausfallen, besteht die Gefahr, dass Teile des Rohrs von unten aufsteigen. Dies kann möglicherweise zum Ausfall der Abschnittsverbindungen führen.)

Nachrüstung der Brücke[edit]

Brücken haben mehrere Fehlermodi.

Expansionswippen[edit]

Viele kurze Brückenspannen sind an einem Ende statisch verankert und am anderen an Wippen befestigt. Diese Wippe bietet vertikale und transversale Unterstützung, während sich die Brückenspanne bei Temperaturänderungen ausdehnen und zusammenziehen kann. Die Änderung der Spannweite wird über einen Spalt in der Fahrbahn durch kammartige Dehnungsfugen ausgeglichen. Bei starker Bodenbewegung können die Wippen von ihren Spuren springen oder über ihre Konstruktionsgrenzen hinaus bewegt werden, was dazu führt, dass sich die Brücke von ihrem Ruhepunkt löst und dann entweder falsch ausgerichtet wird oder vollständig ausfällt. Die Bewegung kann durch Hinzufügen von duktilen oder hochfesten Stahlrückhaltesystemen eingeschränkt werden, die reibschlüssig an den Trägern befestigt sind und so konstruiert sind, dass sie unter extremer Belastung gleiten und gleichzeitig die Bewegung relativ zur Verankerung einschränken.

Decksteifigkeit[edit]

Zusätzliche Diagonalen wurden unter beiden Decks dieser Brücke eingefügt

Hängebrücken können auf Erdbeben mit einer Bewegung von Seite zu Seite reagieren, die über die für die Reaktion auf Windböen ausgelegte hinausgeht. Eine solche Bewegung kann eine Fragmentierung der Straßenoberfläche, eine Beschädigung der Lager und eine plastische Verformung oder einen Bruch von Bauteilen verursachen. Vorrichtungen wie hydraulische Dämpfer oder geklemmte Gleitverbindungen und zusätzliche diagonale Verstärkung können hinzugefügt werden.

Gitterträger, Balken und Krawatten[edit]

Veraltete genietete Gitterelemente

Gitterträger bestehen aus zwei “I” -Balken, die mit einem kreuz und quer verlaufenden Gitter aus Flachband oder Winkelmaterial verbunden sind. Diese können durch Ersetzen des offenen Gitters durch Plattenelemente stark verstärkt werden. Dies geschieht normalerweise zusammen mit dem Austausch heißer Nieten durch Schrauben.

Austausch des verschraubten Plattengitters, Bildung von Kastenelementen

Heiße Nieten[edit]

Viele ältere Strukturen wurden hergestellt, indem glühende Nieten in vorgebohrte Löcher eingeführt wurden. Die weichen Nieten werden dann mit einem Drucklufthammer auf einer Seite und einer Ruckstange am Kopfende gestrahlt. Wenn diese langsam abkühlen, bleiben sie in einem geglühten (weichen) Zustand, während die Platte, die während der Herstellung warmgewalzt und abgeschreckt wurde, relativ hart bleibt. Unter extremer Belastung können die harten Platten die weichen Nieten scheren, was zum Versagen der Verbindung führt.

Die Lösung besteht darin, jeden Niet mit einem Sauerstoffbrenner auszubrennen. Das Loch wird dann mit einer Reibahle auf einen genauen Durchmesser vorbereitet. Ein besonderes Positionierschraube, bestehend aus einem Kopf, einer Welle, die zum Reibloch passt, und einem Gewindeende wird eingeführt und mit einer Mutter gehalten, dann mit einem Schraubenschlüssel festgezogen. Da der Bolzen aus einer geeigneten hochfesten Legierung hergestellt und auch wärmebehandelt wurde, unterliegt er weder dem für heiße Nieten typischen plastischen Scherbruch noch dem Sprödbruch gewöhnlicher Bolzen. Ein teilweiser Fehler liegt im plastischen Fluss des durch den Bolzen gesicherten Metalls. Bei ordnungsgemäßer Technik sollte ein solcher Fehler nicht katastrophal sein.

Füllen und überführen[edit]

Erhöhte Straßen werden in der Regel auf Abschnitten mit erhöhter Erdfüllung gebaut, die mit brückenartigen Segmenten verbunden sind und häufig von vertikalen Säulen getragen werden. Wenn der Boden dort versagt, wo eine Brücke endet, kann sich die Brücke vom Rest der Fahrbahn lösen und abbrechen. Die Nachrüstung hierfür besteht darin, jeder Stützwand eine zusätzliche Verstärkung hinzuzufügen oder an jedem Ende tiefe Kanten neben der Kante anzubringen und sie mit einem Stützbalken unter der Brücke zu verbinden.

Ein weiterer Fehler tritt auf, wenn sich die Füllung an jedem Ende (durch Resonanzeffekte) in großen Mengen in entgegengesetzte Richtungen bewegt. Wenn für die Überführung nicht genügend Gründungsregal vorhanden ist, kann es herunterfallen. Zusätzliche Regal- und duktile Stege können hinzugefügt werden, um die Überführung an einem oder beiden Enden an den Fundamenten zu befestigen. Die Streben können nicht an den Trägern befestigt, sondern an ihnen festgeklemmt werden. Bei mäßiger Belastung halten diese die Überführung in der Lücke zentriert, so dass es weniger wahrscheinlich ist, dass sie an einem Ende von ihrem Grundregal rutscht. Die Fähigkeit der festen Enden, zu gleiten, anstatt zu brechen, verhindert das vollständige Herunterfallen der Struktur, falls sie nicht auf den Fundamenten verbleiben sollte.

Viadukte[edit]

Große Straßenabschnitte können vollständig aus Viadukt bestehen, Abschnitte ohne Verbindung zur Erde, außer durch vertikale Säulen. Bei der Verwendung von Betonsäulen ist die Detaillierung von entscheidender Bedeutung. Ein typischer Fehler kann das Umkippen einer Säulenreihe sein, entweder aufgrund eines Versagens der Bodenverbindung oder aufgrund einer unzureichenden zylindrischen Umhüllung mit Bewehrung. Beide Fehler wurden beim großen Hanshin-Erdbeben 1995 in Kobe, Japan, beobachtet, bei dem ein ganzes Viadukt, das zentral von einer einzigen Reihe großer Säulen getragen wurde, zur Seite gelegt wurde. Solche Säulen werden durch Ausheben des Fundamentkissens, Eintreiben zusätzlicher Pfähle und Hinzufügen eines neuen, größeren Polsters verstärkt, das gut mit der Bewehrung neben oder in die Säule verbunden ist. Eine Säule mit unzureichender Wickelstange, die zum Platzen neigt und dann am Berstpunkt angelenkt wird, kann vollständig von einem kreisförmigen oder elliptischen Mantel aus geschweißtem Stahlblech umgeben und wie oben beschrieben verfugt sein.

Zusammenbruch des Cypress Freeway-Viadukts. Beachten Sie das Versagen einer unzureichenden Anti-Burst-Umhüllung und die fehlende Verbindung zwischen den oberen und unteren vertikalen Elementen.

Manchmal können Viadukte in den Verbindungen zwischen Komponenten ausfallen. Dies wurde beim Ausfall des Cypress Freeway in Oakland, Kalifornien, während des Erdbebens in Loma Prieta beobachtet. Dieses Viadukt war eine zweistufige Struktur, und die oberen Teile der Säulen waren nicht gut mit den unteren Teilen verbunden, die die untere Ebene stützten. Dies führte dazu, dass das Oberdeck auf dem Unterdeck zusammenbrach. Schwache Verbindungen wie diese erfordern eine zusätzliche Außenummantelung – entweder durch äußere Stahlkomponenten oder durch einen kompletten Mantel aus Stahlbeton, häufig unter Verwendung von Stichverbindungen, die (unter Verwendung von Epoxidklebstoff) in zahlreiche Bohrlöcher geklebt werden. Diese Stummel werden dann mit zusätzlichen Umhüllungen verbunden, äußere Formen (die vorübergehend oder dauerhaft sein können) werden errichtet und zusätzlicher Beton wird in den Raum gegossen. Große verbundene Strukturen, die dem Cypress-Viadukt ähnlich sind, müssen ebenfalls mithilfe dynamischer Computersimulationen vollständig analysiert werden.

Nachrüstung von Wohngebäuden[edit]

Kräfte von Seite zu Seite verursachen die meisten Erdbebenschäden. Das Verschrauben der Schlammschwelle mit dem Fundament und das Aufbringen von Sperrholz auf verkrüppelte Wände sind einige grundlegende Nachrüsttechniken, die Hausbesitzer auf Wohngebäude mit Holzrahmen anwenden können, um die Auswirkungen seismischer Aktivitäten zu mildern. Die Stadt San Leandro hat Richtlinien für diese Verfahren erstellt, wie im Folgenden beschrieben Broschüre. Das öffentliche Bewusstsein und die Initiative sind für die Nachrüstung und Erhaltung des vorhandenen Gebäudebestands von entscheidender Bedeutung, und solche Bemühungen wie die der Association of Bay Area Governments tragen maßgeblich zur Bereitstellung bei Informationsressourcen zu seismisch aktiven Gemeinschaften.

Holzrahmenstruktur[edit]

Die meisten Häuser in Nordamerika sind Holzrahmen. Holz ist eines der besten Materialien für erdbebensichere Konstruktionen, da es leicht und flexibler als Mauerwerk ist. Es ist einfach zu verarbeiten und kostengünstiger als Stahl, Mauerwerk oder Beton. In älteren Häusern sind die größten Schwächen die Verbindung von den Holzrahmenwänden zum Fundament und die relativ schwachen “Krüppelwände”. (Krüppelwände sind die kurzen Holzwände, die sich von der Oberseite des Fundaments bis zur untersten Etage in Häusern mit Doppelböden erstrecken.) Das Hinzufügen von Verbindungen von der Basis der Holzrahmenstruktur zum Fundament ist fast immer ein wichtiger Bestandteil von eine seismische Nachrüstung. In Häusern mit Krüppelwänden ist es wichtig, die Krüppelwände so zu verspannen, dass sie den Kräften von Seite zu Seite widerstehen. Die Aussteifung erfolgt normalerweise mit Sperrholz. Oriented Strang Board (OSB) arbeitet nicht so konstant wie Sperrholz und ist nicht die bevorzugte Wahl für Nachrüstdesigner oder Installateure.

Nachrüstverfahren in älteren Holzrahmenstrukturen können aus den folgenden und anderen hier nicht beschriebenen Verfahren bestehen.

• Die untersten Plattenschienen von Wänden (in Nordamerika üblicherweise als “Schlammschwellen” oder “Fundamentschwellen” bezeichnet) sind mit einem durchgehenden Fundament verschraubt oder mit starren Metallverbindern gesichert, die mit dem Fundament verschraubt sind, um seitlichen Kräften standzuhalten.
• Krüppelwände sind mit Sperrholz verspannt.
• Ausgewählte vertikale Elemente (normalerweise die Pfosten an den Enden der Sperrholz-Wandverstrebungsplatten) sind mit dem Fundament verbunden. Diese Verbindungen sollen verhindern, dass die verspannten Wände auf und ab schaukeln, wenn sie an der Oberseite der verspannten Wände hin und her Kräften ausgesetzt sind, und nicht verhindern, dass die Wand oder das Haus vom Fundament “springt” (was fast nie vorkommt). .
• In zweistöckigen Gebäuden mit “Plattformrahmen” (manchmal auch als “westliche” Konstruktion bezeichnet, bei der im Gegensatz zu “Ost” oder “Ost” schrittweise Wände auf der oberen Membran des Untergeschosses errichtet werden Ballonrahmen) sind die oberen Wände mit Zugelementen mit den unteren Wänden verbunden. In einigen Fällen können die Verbindungen vertikal verlängert werden, um bestimmte Dachelemente beizubehalten. Diese Art der Verstärkung ist in Bezug auf die gewonnene Festigkeit normalerweise sehr kostspielig.
• Vertikale Pfosten sind an den Trägern oder anderen von ihnen getragenen Elementen befestigt. Dies ist besonders wichtig, wenn ein Verlust der Unterstützung zum Einsturz eines Gebäudesegments führen würde. Verbindungen von Pfosten zu Trägern können nennenswerten Kräften von Seite zu Seite nicht widerstehen. Es ist viel wichtiger, um den Umfang eines Gebäudes herum zu stärken (die Krüppelwände zu verspannen und die Verbindungen zwischen Fundament und Holzrahmen zu ergänzen), als die Verbindungen nach dem Balken zu verstärken.

Holzrahmen sind in Kombination mit Mauerwerk effizient, wenn die Struktur richtig ausgelegt ist. In der Türkei werden die traditionellen Häuser (Bagdadi) mit dieser Technologie hergestellt. In El Salvador werden Holz und Bambus für den Wohnungsbau verwendet.

Verstärktes und unverstärktes Mauerwerk[edit]

In vielen Teilen von Entwicklungsländern wie Pakistan, Iran und China ist unverstärktes oder in einigen Fällen verstärktes Mauerwerk die vorherrschende Form von Strukturen für ländliche Wohn- und Wohngebäude. Mauerwerk war zu Beginn des 20. Jahrhunderts auch eine übliche Bauform, was impliziert, dass eine beträchtliche Anzahl dieser gefährdeten Mauerwerkskonstruktionen einen bedeutenden Wert für das Erbe haben würde. Besonders gefährliche Mauerwerkswände sind besonders gefährlich. Solche Strukturen sind möglicherweise besser für den Austausch als für die Nachrüstung geeignet, aber wenn die Wände die Haupttragelemente in Strukturen von bescheidener Größe sind, können sie angemessen verstärkt werden. Es ist besonders wichtig, dass Boden- und Deckenbalken sicher an den Wänden befestigt sind. Zusätzliche vertikale Stützen in Form von Stahl oder Stahlbeton können hinzugefügt werden.

In den westlichen Vereinigten Staaten besteht ein Großteil des Mauerwerks aus Ziegel- oder Steinfurnier. Aktuelle Bauvorschriften bestimmen die Höhe von zurückbinden erforderlich, die aus Metallbändern bestehen, die an vertikalen Strukturelementen befestigt sind. Diese Bänder erstrecken sich in Mörtelschichten und sichern das Furnier an der Primärstruktur. Ältere Strukturen sichern dies möglicherweise nicht ausreichend für die Erdbebensicherheit. Ein schwach gesichertes Furnier in einem Hausinneren (manchmal verwendet, um einen Kamin vom Boden bis zur Decke zu bedecken) kann für die Bewohner besonders gefährlich sein. Ältere gemauerte Schornsteine ​​sind auch gefährlich, wenn sie eine erhebliche vertikale Ausdehnung über dem Dach haben. Diese neigen dazu, an der Dachlinie zu brechen und können in einem einzigen großen Stück ins Haus fallen. Zur Nachrüstung können zusätzliche Stützen hinzugefügt werden. Es ist jedoch extrem teuer, einen vorhandenen gemauerten Schornstein so zu verstärken, dass er den heutigen Designstandards entspricht. Es ist am besten, die Verlängerung einfach zu entfernen und durch leichtere Materialien zu ersetzen, wobei ein spezieller Metallabzug die Abzugsfliese ersetzt und eine Holzstruktur das Mauerwerk ersetzt. Dies kann durch Verwendung von sehr dünnem Furnier (ähnlich einer Fliese, jedoch mit dem Aussehen eines Ziegels) mit vorhandenem Mauerwerk verglichen werden.

Siehe auch[edit]

Verweise[edit]

Externe Links[edit]