Title Ponašanje neduktilnih armirano-betonskih okvira sa zidanim ispunom na djelovanje potresa Title (english) Seismic behavior of nonductile reinforced concrete frames with masonry infill Author Goran Gazić Mentor Vladimir Sigmund (mentor)Committee member Dragan Morić (predsjednik povjerenstva)Committee member Ivica Guljaš (član povjerenstva)Committee member Mehmed Čaušević (član povjerenstva)Granter Josip Juraj Strossmayer University of Osijek Defense date and country 2014-06-26, Croatia Scientific / art field, TECHNICAL SCIENCES Universal decimal classificationUDC ) 624/625 - Civil and structural engineering. Civil engineering of land transport. Railway engineering. Highway engineering Abstract Nearmirana zidana ispuna uobičajeno se koristi prilikom ostvarenja arhitektonske forme
armirano-betonskih okvirnih konstrukcija. Dobiveni sustav je ekonomičan, arhitektonski privlačan i
funkcionalan te je kao takav čest u područjima srednje i visoke seizmičnosti diljem svijeta. Poseban
slučaj predstavljaju neduktilne armirano-betonske okvirne konstrukcije sa zidanim ispunom koje svojim
svojstvenim nedostacima značajno doprinose povećanju seizmičke oštetljivosti što u konačnici za
posljedicu može imati pojavu meke etaže, odnosno rušenje konstrukcije.
Iako prva eksperimentalna istraživanja datiraju iz 50-ih godina prošloga stoljeća, tek je razvojem
velikih istraživačkih centara došlo do zamaha u istraživanju ponašanja armirano-betonskih okvira za
zidanim ispunom. Međutim, u literaturi se može pronaći relativno mali broj istraživanja kojima su
pokriveni svojstveni nedostatci i rubna područja ponašanja neduktilnih armirano-betonskih okvirnih
konstrukcija sa zidanim ispunom što je i osnovna motivacija provedbe istraživanja. Neovisno radi li se o
duktilnim ili neduktilnim okvirnim konstrukcijama sa zidanim ispunom, njihovo ponašanja tijekom potresa
i dalje ostaje kontroverzno pitanje u stručnim i istraživačkim krugovima s obzirom na materijalnu i
oblikovnu raznovrsnost te složenost i uobičajenu pojavu višestrukih mehanizama sloma elemenata
sustav gdje posebnu ulogu ima interakcija okvira i ispune. Dodatne nesigurnosti, kao što su izostanak
pouzdanog modela procjene horizontalne nosivosti i krutosti, gdje se nosivost i krutost ne mogu odrediti
na temelju superpozicije doprinosa elemenata sustava, dovele su do izostajanja racionalnih modela
procjene kako u praksi tako i u modernim seizmičkim propisima. Iako je u modernim seizmičkim
propisima prepoznat utjecaj ispune, ona se i dalje tretira kao nekonstruktivni elementa, a interakcija
okvira i ispune se ili u potpunosti zanemaruje ili ostvaruje primjenom modela zamjenske tlačne
dijagonale. Većinom su dane smjernice za sprječavanje neželjenih utjecaje ispune, kao što je
preuranjena pojava posmičnog sloma stupova okvira.
S obzirom na to da se neduktilni armirano-betonski okviri sa zidanom ispunom ne mogu svrstati
u omeđeno ziđe niti u armirano-betonske okvire projektirane prema modernim seizmičkim propisima, a
u svrhu razlikovanja, promatrani je konstruktivni sustav definiran terminom uokvireno ziđe.
S ciljem doprinosa razumijevanju složenog ponašanja uokvirenog ziđa, provedena su
eksperimentalna i analitička istraživanja. Eksperimentalna istraživanja sastojala su se od izvedbe i
ispitivanja 3 uzorka neduktilnih armirano-betonskih okvira i 11 jednorasponskih, jednoetažnih uzoraka uokvirenog ziđa, Dodatno, provedeno je i ispitivanje osnovnih mehaničkih svojstava primijenjenih
materijala. Svi uzorci izvedeni su u mjerilu 1:2 i ispitani pod približno konstantnim vertikalnim i
promjenjivim cikličkim horizontalnim opterećenjem. Geometrijski i materijalni parametri ispitanih uzoraka
odabrani su s ciljem pokrivanja svojstvenih nedostataka sustava uokvireno ziđe i kategorizacije njihova
utjecaja na ponašanje, pri čemu su oni podijeljeni u dvije skupine u ovisnosti o elementu sustava. Prvom
skupinom parametara definirana su svojstva okvira u pogledu geometrijskih izmjera elemenata i
koeficijenata armiranja. Varijacijom parametara prve skupine odabrana su 4 tipa okvira. Druga skupina
parametara definira svojstva ispune gdje je njihova varijacija ostvarena primjenom dviju vrsta zidnih
elemenata i morta opće namjene.
Na osnovi formirane baze eksperimentalnih rezultata, izvršena je ocjena postojećih analitičkih
modela procjene ponašanja sustava uokvireno ziđe te je predložen vlastiti model. Predloženi model
definiran je u odnosu na pretpostavljena granična stanja sustava, a pruža mogućnost procjene
horizontalne nosivosti i relativnog međukatnog pomaka pri pojedinim fazama ponašanja. Predloženim
modelom ostvarena je zadovoljavajuća točnost procjene navedenih veličina u promatranim područjima
ponašanja sustava čime je omogućena njegova primjena i u inženjerskoj praksi.
Osim procjene ponaša, izvršena je i procjena očekivanih nelinearnih pomaka sustava uokvireno
ziđe za tri razine seizmičkog intenziteta pomoću postojeće metode. Metoda je razvijena i verificirana na
Sveučilištu u Illinoisu u Urbana – Champaignu, USA. Klasifikacija razina oštećenja izvršena je prema
dostupnoj literaturi, pri čemu su odvojeno promatrani uzorci praznih okvira i uokvirenog ziđa s ciljem
ocjene utjecaja ispune na razinu oštećenja sustava. Rezultati upućuju na značajno smanjenje relativnih
međukatnih pomaka sustav, neovisno o razini seizmičkog intenziteta. Smanjenje pomaka pak upućuje
na pozitivan utjecaj ispune na ponašanje sustava uokvireno ziđe, pridonoseći osiguranju globalne
stabilnosti uslijed čega se ispuna može promatrati kao sredstvo ojačanja neduktilnih armirano-betonskih
konstrukcija.
Abstract (english) Unreinforced masonry infills are often used as exterior and interior partitions in reinforced
concrete frame building. Obtained system is economical and architecturally appealing and functional
and as such is common in regions of medium and high seismicity world wide. Particular case that needs
special attention are nonductile reinforced concrete frames with masonry infill. Their inherent
weaknesses significantly contribute to seismic vulnerability and can lead to collapse of buildings during
earthquake.
Although first experimental researches dates from the 50-ies of last century, development of
major research centers sparked momentum in experimental and numerical research of the seismic
behavior if infilled frames. Nevertheless, literature survey reveals relatively small number of researchers
that covers inherent weaknesses and characteristics of the behavior of nonductile infilled frames, which
vas the main motivation of this study. Without distinguishing designed earthquake resistance, seismic
behavior of infilled frames still remains a controversial question in research and structural engineering
community due to the variety and complexity of observed failure mechanisms which are highly governed
by the frame – infill interaction. Additional uncertainties such as lack of reliable model for assessment of
stiffness and strength, where strength and stiffness of sistem can not be determined based od
superposition of elements contribution, have lead to absence of rational assessment method in practise
and modern seismic codes. Although modern seismic codes recognize influences of masonry infill, it is
still treated as non-structural element while the frame – infill interaction is either completely ignored or
treated trough application of diagonal strutt model. Only guidelines for a prevention of negative
influence, such as premature shear failure of frame columns are given.
To distinguish between designed earthquake resistance, nonductile frames with masonry infill
are here in defined as framed masonry.
This dissertation addresses intricate issue of seismic behavior of framed masonry sistem with
experimental and analytical studies. The testing programe involved construction and tests of a 3
nonductile reinforced concrete bare frames and 11 one-span, one-storey framed masonry specimens.
Additionally, properties of all used materials were also tested. All specimens were one half scaled and
tested under nearly constant vertical and cyclic horizontal load. Geometrical and material parameters of
test specimens were chosen with the aim to replicate inherent weaknesses of framed masonry systems and categorization of their influence on seismic behavior. Based on the element of the sistem,
parameters are separated into two groups. First gropu of parameters addresses frame properties in
terms of geometrical and reinforcement characteristics where total of 4 different frame configurations
were chosen. Second group of parameters addresses infill properties where the variation is achieved
with the use of two types of masonry elements and mortar.
Obtained experimental data was used for the validation of existing analytical assessment
methods and proposal of a new method. The proposed model is defined in terms of selected limit states
and gives possibility of the assessment of strengths and drifts in respect to the observed seismic
behavior of test specimens. The proposed analytical approach estimates seismic response reasonably
well and thus can be used for the seismic assessment of existing framed masonry buildings.
Additionally, estimation of seismic drifts for three levels of seismic hazard is conducted. Applied
method was developed and validated at the University of Illinois at Urbana – Champaign, USA.
Classification of damage degres was carried out according to the recommendations given in literature
were bare frame and framed masonry specimens are considered separately. Obtained results indicated
that masonry infill significantly reduces seismic drift regardless of seismic hazard level. Seismic drift
reduction greatly contributes to the global stability of the framed masonry buildings. Furthermore, results
indicates that masonry infills can be used as a mean of a seismic strengthening.
Keywords
uokvireno ziđe
eksperimentalno istraživanje
prijedlog metode procjene ponašanja
razine oštećenja
sredstvo ojačanja
Keywords (english)
framed masonry
experimental research
proposed analytical method for the seismic assessment
damage degres
mean of a seismic strengthening
Language croatian URN:NBN urn:nbn:hr:133:041735 Study programme Title: Postgraduate university study program in civil engineering Type of resource Text Extent XLVI, 387 str. : graf. i tabelarni prikazi : ilustr. (djelomice u bojama) ; 30 cm File origin Born digital Access conditions Open access Terms of use Created on 2016-04-05 13:16:44
