Berechnungen der Boden-Bauwerks-Interaktion

Was ist Boden-Bauwerks-Interaktion?

Bei Erschütterungen des Baugrundes, z.B durch Erdbeben, Erdarbeiten oder Maschinenvibrationen, breiten sich Wellen im gesammten Baugrund aus, die auf Gebaude einwirken und von diesen reflektiert und gebrochen werden. Diese gegenseitige Beeinflussung von Boden und Bauwerk heißt Boden- Bauwerks-Interaktion (SSI).

Wo wird die SSI gebraucht?

  • Erdbebennachweis von Staumauern
  • Nachweis von Kernkraftwerken, deren Komponenten und Rohrsystemen für Erdbeben
  • Ausbreitungsberechnung von Erschütterungen z.B. infolge von Rammarbeiten

RDB

Unser Werkzeug - ACS Sassi

Auf dem Gebiet der Boden-Bauwerks-Interaktion ist ACS Sassi das derzeit führende Softwarepaket aus dem Hause Ghiocel Predictive Technologies Inc.

1 Generierung spektrenkompatibler Zeitverläufe

Gegeben sind Erdbebenbelastungen für einen Standort in Form von Freifeldanregungen. Für die SSI-Berechnung werden Zeitverläufe benötigt. Diese lassen sich entweder künstlich generieren oder aber aus realen Erdbebenereignissen ableiten.

Diags

2 SSI Rechenmodell

  • Gebäudemodell mit den wichtigsten Einbauten und Boden-Nahbereich (HOUSE)
  • Bodenlayer-Modell der oberen Bodenschichten und des unendlichen Halbraum (LAYER)

House-Modell

Modellierung des Gebäudes und evtl. des Boden- Nahbereichs. Der Detailierungsgrad des FE-Modells für die SSI-Berechnung bestimmt maßgeblich die Rechenzeit. Nachträglicher Transfer des Rechenmodells und der Randbedingungen aus der SSI in ANSYS mit der Möglichkeit der Modellverfeinerung und Spannungsauswertung.

Boden-Layer Modell

Bodenkennwerte je Bodenlayer bis zum Halbraum:

  • Schichtdicke
  • Wichte
  • S-Wellengeschw.
  • P-Wellengeschw.
  • Dämpfungen

Iteration der dyn. Bodenkennwerte:

  • Schubmodul
  • Dämpfung


3 SSI Berechnung

SITE
  • SV-Wellen in X-Richtung
  • SH-Wellen in Y-Richtung
  • P-Wellen in Z-Richtung
POINT
  • Frequenzabhängige Steifigkeiten (Impedanz)
HOUSE
  • Massen- und Steifigkeitsmatrix
ANALYS
  • SSI-Berechnung


4 Postprocessing

  • Ausgabe der Beschleunigungen, Wege und Spannungen
  • Berechnung und Verarbeitung der Etagen-Antwort-Spektren

 

Verformung

Spannung



Spektrenverarbeitung

  • RSS-Überlagerung der Antworten in jeder Raumrichtung infolge der Anregungen der einzelnen Raumrichtungen
  • Mittelung der Spektren aus der Anregung mit unterschiedlichen Zeitverläufen
  • Kappung von Spitzen
  • Verbreiterung der Spektren
  • Einhüllung der Berechnungen unterschiedlicher Bodenmodelle