DINAMIKA KONSTRUKCIJA I ZEMLJOTRESNO INŽENJERSTVO v. prof. dr Ratko Salatić Građevinski fakultet u Beogradu, školska 2017/18

Dinamika konstrukcija i zemljotresno inženjerstvo Poglavlje 6 Osnovni pojmovi i karakteristike zemljotresa Uticaj zemljotresa na građevinske objekte Proračun prostornih ramovskih sistema Principi projektovanja aseizmičkih objekata Tehnički normativi

Dinamika konstrukcija i zemljotresno inženjerstvo TEHNIČKI NORMATIVI – EVROKOD 8 EVROKOD 8 EN 1998 DEO 1: Opšta pravila seizmička dejstva i pravila za zgrade DEO 2: Mostovi DEO 3: Procena stanja i ojačanja zgrada DEO 4: Silosi, rezervoari i cevovodi DEO 5: Temeljenje, potporne konstrukcije i geotehnički aspekti DEO 6: Tornjevi, jarboli i dimnjaci

Dinamika konstrukcija i zemljotresno inženjerstvo TEHNIČKI NORMATIVI – EVROKOD 8 1 Opšte odredbe Evrokod EN 1998 (EC8) se primenjuje za projektovanje i izvođenje zgrada i drugih građevinskih konstrukcija u seizmičkim oblastima. Specijalne konstrukcije kao što su nuklearne elektrane, platforme u moru i velike brane su izvan primene EC8. Primena EC8 treba da obezbedi da su: Ljudski životi zaštićeni Oštećenja objekata ograničena Objekti značajni za zaštitu ljudi u upotrebnom stanju i nakon dejstva zemljotresa

2 Zahtevi ponašanja i granična stanja Dinamika konstrukcija i zemljotresno inženjerstvo TEHNIČKI NORMATIVI – EVROKOD 8 2 Zahtevi ponašanja i granična stanja Opšti zahtevi Zahtev da se objekat ne sruši (No Collapse Requirement) − Konstrukcija mora da bude projektovana i izvedena da izdrži projektna seizmička dejstva bez lokalnog ili globalnog rušenja, odnosno da zadrži svoj konstruktivni integritet i preostali kapacitet nosivosti i posle zemljotresnog dejstva. Projektno seizmičko dejstvo izražava se u smislu referentnog seizmičkog dejstva povezanog sa referentnom verovatnoćom prekoračenja PNCR=10% u 50 godina ili referentnog povratnog perioda zemljotresa TNCR=475 godina za usvojen faktor značaja objekta γI .

2 Zahtevi ponašanja i granična stanja Dinamika konstrukcija i zemljotresno inženjerstvo TEHNIČKI NORMATIVI – EVROKOD 8 2 Zahtevi ponašanja i granična stanja Zahtev ograničenog oštećenja (Damage Limitation Requirement) – Konstrukcija mora da bude projektovana i izvedena da izdrži seizmičko dejstvo koje ima veću verovatnoću pojave nego projektno seizmičko dejstvo, bez pojave oštećenja ili ograničenja u korišćenju. Ovo seizmičko dejstvo ima verovatnoću prekoračenja PDLR=10% u 10 godina ili referentni povratni period zemljotresa TDLR=95 godina.

2 Zahtevi ponašanja i granična stanja Dinamika konstrukcija i zemljotresno inženjerstvo TEHNIČKI NORMATIVI – EVROKOD 8 2 Zahtevi ponašanja i granična stanja Granična stanja nosivosti i upotrebljivosti Granična stanja upotrebljivosti moraju biti proverena i zadovoljena. Granično stanje nosivosti mora da potvrdi da konstruktivni sistem poseduje otpornost i kapacitet disipacije energije. Konstrukcija u celini treba da se proveri da li je stabilna u uslovima projektnih seizmičkih dejstava. Stabilnost na preturanje i klizanje potrebno je uzeti u razmatranje. Potrebno je proveriti da li su elementi temeljne konstrukcije i tlo ispod temelja u stanju da prihvate bez značajnih trajnih deformacija uticaje od dejstava koji nastaju usled odgovora konstrukcije. Kod fleksibilnih konstrukcija potrebno je uzeti u obzir i moguće efekte drugog reda pri dejstvu zemljotresa.

3 Uslovi tla i zemljotresno dejstvo Dinamika konstrukcija i zemljotresno inženjerstvo TEHNIČKI NORMATIVI – EVROKOD 8 3 Uslovi tla i zemljotresno dejstvo Uslovi tla Uticaj lokalnih uslova tla na seizmičko dejstvo može se uzeti u obzir klasifikacijom tla na tipove od tla A do E, definisane geološkim profilom i parametrima osrednjene vrednosti smičućih talasa vs,30 do dubine 30m. Nacionalna teritorija treba da je podeljena na seizmičke zone u zavisnosti od lokalnog hazarda. Seizmički hazard je opisan preko vrednosti referentnog maksimalnog ubrzanja tla agR tipa A, koje odgovara referentnom povratnom periodu TNCR seizmičkog dejstva da se objekat ne sruši.

3 Uslovi tla i zemljotresno dejstvo Dinamika konstrukcija i zemljotresno inženjerstvo TEHNIČKI NORMATIVI – EVROKOD 8 3 Uslovi tla i zemljotresno dejstvo Uslovi tla cu – nedrenirana smičuća čvrstoća tla Kat. tla Opis geološkog profila Parametri vs,30 NSPT cu A Stena ili stenska geološka formacija, uključujući najviše 5m slabijeg materijala na površini >800 - B Depoziti vrlo gustog peska, šljunka ili vrlo krute gline, debljine barem nekoliko desetina metara, sa povećanjem mehaničkih osobina sa dubinom 360 - 800 >50 >250 C Duboki depoziti gustog ili srednje gustog peska, šljunka ili krute gline, sa debljinama od nekoliko desetina do više stotina metara 180 - 360 15 - 50 70 - 250 D Depoziti slabo-do-srednje nekohezivnog tla (sa ili bez mekih kohezivnih slojeva) ili dominantno meko-do-čvrsto kohezivno tlo <180 <15 <70 E Tlo čiji se profil sastoji iz aluvijalnog sloja sa vrednosti-ma vs,3za Tip C ili D i sa debljinom koja varira izmedu oko 5m i 20m, ispod kojeg je kruće tlo sa vs,30 >800m/s NSPT – broj udaraca u standardnom testu penetracije

3 Uslovi tla i zemljotresno dejstvo Dinamika konstrukcija i zemljotresno inženjerstvo TEHNIČKI NORMATIVI – EVROKOD 8 3 Uslovi tla i zemljotresno dejstvo Horizontalni elastični spektar odgovora Horizontalno zemljotresno dejstvo opisuje se sa dve ortogonalne horizontalne komponente, koje se tretiraju kao međusobno nezavisne i prikazuju se istim spektrom odgovora. Posebno je dat vertikalni elastični spektar odgovora za vertikalnu komponentu seizmičkog dejstva. Kada se zahteva prostorni model konstrukcije, seizmička pobuda se sastoji iz tri akcelerograma koji istovremeno deluju.

3 Uslovi tla i zemljotresno dejstvo Dinamika konstrukcija i zemljotresno inženjerstvo TEHNIČKI NORMATIVI – EVROKOD 8 3 Uslovi tla i zemljotresno dejstvo Horizontalni elastični spektar odgovora - Oblik Kategorija tla S TB(s) TC(s) TD(s) A 1.00 0.15 0.4 2.0 B 1.20 0.5 C 1.15 0.20 0.6 D 1.35 0.8 E 1.4

3 Uslovi tla i zemljotresno dejstvo Dinamika konstrukcija i zemljotresno inženjerstvo TEHNIČKI NORMATIVI – EVROKOD 8 3 Uslovi tla i zemljotresno dejstvo Horizontalni elastični spektar odgovora

3 Uslovi tla i zemljotresno dejstvo Dinamika konstrukcija i zemljotresno inženjerstvo TEHNIČKI NORMATIVI – EVROKOD 8 3 Uslovi tla i zemljotresno dejstvo Horizontalni elastični spektar odgovora

3 Uslovi tla i zemljotresno dejstvo Dinamika konstrukcija i zemljotresno inženjerstvo TEHNIČKI NORMATIVI – EVROKOD 8 3 Uslovi tla i zemljotresno dejstvo Horizontalni elastični spektar odgovora

3 Uslovi tla i zemljotresno dejstvo Dinamika konstrukcija i zemljotresno inženjerstvo TEHNIČKI NORMATIVI – EVROKOD 8 3 Uslovi tla i zemljotresno dejstvo Referentno maksimalno ubrzanje tla tipa A

3 Uslovi tla i zemljotresno dejstvo Dinamika konstrukcija i zemljotresno inženjerstvo TEHNIČKI NORMATIVI – EVROKOD 8 3 Uslovi tla i zemljotresno dejstvo Projektni spektar za elastičnu analizu Sa ciljem da se izbegne eksplicitna nelinearna analiza sprovodi se elastična analiza zasnovana na spektru odgovora koji je redukovan u odnosu na elastični spektar, koji se naziva projektni spektar. Redukcija se ostvaruje uvođenjem faktora ponašanja q. Faktor ponašanja q je aproksimacija odnosa seizmičkih sila koje bi delovale na konstrukciju u slučaju da je njen odgovor u potpunosti elastičan sa 5% relativnog viskoznog prigušenja i sila koje mogu da se koriste u analizi sa uobičajenim linearno elastičnim modelom, a da se pri tome obezbeđuje zadovoljavajući odgovor konstrukcije.

3 Uslovi tla i zemljotresno dejstvo Dinamika konstrukcija i zemljotresno inženjerstvo TEHNIČKI NORMATIVI – EVROKOD 8 3 Uslovi tla i zemljotresno dejstvo Projektni spektar za elastičnu analizu

Dinamika konstrukcija i zemljotresno inženjerstvo TEHNIČKI NORMATIVI – EVROKOD 8 4 Projektovanje zgrada Osnovni principi projektovanja Jednostavnost konstruktivnog sistema Ujednačenost, simetrija i konstrukcijska rezerva Otpornost i krutost u oba pravca Torziona otpornost i krutost Ponašanje spratnih tavanica kao krutih dijafragmi Adekvatno fundiranje

Dinamika konstrukcija i zemljotresno inženjerstvo TEHNIČKI NORMATIVI – EVROKOD 8 4 Projektovanje zgrada Kriterijumi konstruktivne regularnosti

Dinamika konstrukcija i zemljotresno inženjerstvo TEHNIČKI NORMATIVI – EVROKOD 8 4 Projektovanje zgrada Kriterijumi konstruktivne regularnosti Regularnost Dozvoljeno uprošćenje Faktor ponašanja za linearnu analizu U osnovi Po visini Model Linearno- elastična analiza Da Ravanski Bočne sile Referetna vrednost Ne Modalna Redukovana vrednost Prostorni

Dinamika konstrukcija i zemljotresno inženjerstvo TEHNIČKI NORMATIVI – EVROKOD 8 4 Projektovanje zgrada Metode analize Metoda ekvivalentnih bočnih sila − Primenjuje se na zgrade koje mogu da se analiziraju za dva ravanska modela i čiji odgovor bitno ne zavisi od uticaja viših svojstvenih oblika slobodnih oscilacija. Uslov se smatra zadovoljenim, ako zgrada zadovoljava kriterijume regularnosti po visini i a ako važi za osnovni period za oba glavna pravca: λ – korekcioni faktor (1.0), 0.85 ako je T1≤ 2TC za više od dva sprata Ukupna seizmička sila u osnovi:

Dinamika konstrukcija i zemljotresno inženjerstvo TEHNIČKI NORMATIVI – EVROKOD 8 4 Projektovanje zgrada Metode analize Multimodalna spektralna analiza − Primenjuje se u slučaju kada uticaj svih svojstvenih oblika oscilovanja značajno doprinosi globalnom odgovoru zgrade. Uticaj viših tonova na odgovor zgrade uzima se po jednom od kriterijuma: zbir efektivnih modalnih masa za razmatrane svojstvene oblike oscilovanja iznosi najmanje 90% od ukupne mase konstrukcije, ili svi tonovi sa efektivnim modalnim masama koje su veće od 5% od ukupne mase konstrukcije.

Dinamika konstrukcija i zemljotresno inženjerstvo TEHNIČKI NORMATIVI – EVROKOD 8 4 Projektovanje zgrada Metode analize Nelinearna statička (pushover) analiza − Nelinearna statička analiza koja se sprovodi pod uslovima konstantnog gravitacionog opterećenja i monotono rastućeg horizontalnog opterećenja, kako bi se procenili očekivani plastični mehanizmi i raspodela oštećenja.

Dinamika konstrukcija i zemljotresno inženjerstvo TEHNIČKI NORMATIVI – EVROKOD 8 4 Projektovanje zgrada Metode analize Nelinearna dinamička analiza vremenskog odgovora − Vremenski odgovor konstrukcije određuje se primenom direktne numeričke integracije diferencijalnih jednačina kretanja za zadate akcelerograme sa nelinearnim konstitutivnim modelima materijala ili nelinearnim modelima ponašanja elemenata konstrukcije.

Dinamika konstrukcija i zemljotresno inženjerstvo TEHNIČKI NORMATIVI – EVROKOD 8 4 Projektovanje zgrada Kombinacije komponenata seizmičkog dejstva 1. 2. * → tri komponente dejstva

Dinamika konstrukcija i zemljotresno inženjerstvo TEHNIČKI NORMATIVI – EVROKOD 8 4 Projektovanje zgrada Proračun pomeranja qd − faktor ponašanja za pomeranja, za koji se usvaja da je jednak q osim ako nije drugačije navedeno de − pomeranje iste tačke konstrukcijskog sistema koje je određeno prema linearnoj analizi zasnovanoj na projektnom spektru odgovora Vrednost ds ne treba da bude veća od vrednosti koja je dobijena primenom elastičnog spektra