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Erdbebensichere Vorrichtungen: Definition, Arten und Vorteile

Erdbebensichere Vorrichtungen verbessern die seismische Reaktion neuer oder bestehender Strukturen. Arten, Anwendungen und Vorteile


Das Hauptziel der Strukturplanung ist zweifellos die seismische Sicherheit von Bauwerken, insbesondere wenn sie in Gebieten mit erhöhtem Risiko errichtet werden.

Erdbebensichere Vorrichtungen spielen eine entscheidende Rolle bei der Minderung des seismischen Risikos, indem sie zusätzlichen Schutz für Strukturen während eines Erdbebens bieten, indem sie die seismische Energie absorbieren, ableiten oder umleiten, um die Amplitude der Belastungen, die an die Struktur übertragen werden, zu reduzieren.

Lassen Sie uns also gemeinsam sehen, wie viele und welche Arten von seismischen Schutzvorrichtungen es gibt!

Was sind erdbebensichere Vorrichtungen und welche Vorteile bieten sie?

Erdbebensichere Vorrichtungen sind Komponenten oder Systeme, die entwickelt wurden, um die Auswirkungen eines Erdbebens auf Gebäude, Brücken und andere Strukturen zu vermindern. Diese Vorrichtungen nutzen ingenieurwissenschaftliche Prinzipien, um die seismische Energie zu absorbieren, zu dissipieren oder umzuleiten, wodurch die Belastungen, die an die Struktur übertragen werden, reduziert und die Widerstandsfähigkeit gegen seismische Ereignisse verbessert wird (Strukturelle Duktilität).
Es gibt 3 Haupttypen von erdbebensichere Vorrichtungen (Erdbebenisolatoren, Erdbebendämpfer, temporäre Verbindungsvorrichtungen), von denen jeder spezifische Eigenschaften und Funktionsweisen aufweist.

Erdbebensichere Vorrichtungen bieten eine Reihe von signifikanten Vorteilen, die dazu beitragen, die Sicherheit und Widerstandsfähigkeit von Strukturen während eines Erdbebens zu verbessern. Lassen Sie uns diese Vorteile genauer betrachten:

  • Verbesserung der strukturellen Sicherheit: Der offensichtlichste Vorteil von erdbebensicheren Vorrichtungen ist die Verbesserung der strukturellen Sicherheit. Diese Vorrichtungen sind darauf ausgelegt, die seismische Energie zu absorbieren und zu dissipieren, wodurch die Amplitude der an die Struktur übertragenen Belastungen reduziert wird. Dies verringert das Risiko von strukturellen Schäden und Gebäudekollaps und gewährleistet die Sicherheit der Bewohner;
  • Verringerung der Schäden: Durch den Einsatz von erdbebensicheren Vorrichtungen können die Schäden an Strukturen während eines Erdbebens erheblich reduziert werden. Dies bedeutet, dass Gebäude die seismischen Kräfte besser aushalten können, ohne irreparable strukturelle Schäden zu erleiden. Dies führt zu geringeren Reparaturkosten und Ausfallzeiten nach einem Erdbeben;
  • Fortlaufender Betrieb: Strukturen mit erdbebensicheren Vorrichtungen haben eine größere Chance, ihre Funktionalität während und nach einem Erdbeben aufrechtzuerhalten. Dies ist besonders wichtig für kritische Infrastrukturen wie Krankenhäuser, Verkehrsknotenpunkte und Industrieanlagen, die auch in Notfällen in Betrieb bleiben müssen;
  • Verlängerung der Lebensdauer von Strukturen: Der Einsatz von erdbebensichere Vorrichtungen trägt dazu bei, die Lebensdauer von Strukturen zu verlängern, indem der durch Erdbeben verursachte Verschleiß und die Schäden reduziert werden. Dies bedeutet, dass die Strukturen im Laufe der Zeit ihre Leistungsfähigkeit beibehalten und die Notwendigkeit teurer Reparaturen und Renovierungen verringert wird.

Was sind die Hauptarten von erdbebensicheren Vorrichtungen?

Erdbebensichere Vorrichtungen sind technologische Systeme, deren Ziel es ist, die seismische Reaktion eines Neubaus zu verstärken oder zu verbessern oder anzupassen, wenn es sich um ein bestehendes Bauwerk handelt.
Die verschiedenen Techniken des seismischen Isolierens teilen das grundlegende Prinzip, eine Diskontinuität entlang der vertikalen Entwicklung der Struktur einzuführen. Das Einführen einer Diskontinuität in die Struktur ermöglicht es, sie in verschiedene „Abschnitte“ zu unterteilen und damit die Übertragung der seismischen Aktionen entlang ihrer vertikalen Entwicklung zu verringern.

Die Techniken des seismischen Schutzes unterteilen sich in:

  • passive Kontrolltechniken: Bei dieser Technik basierten Vorrichtungen werden an der Basis der Struktur installiert – zwischen den Fundamenten und der Überstruktur -, um die Überstruktur des Gebäudes von der Bodenbewegung zu entkoppeln und die Übertragung der seismischen Energie zu reduzieren;
  • aktive Kontrolltechniken: In diesem Fall wird die aktive Kontrolle durch elektrisch gesteuerte Vorrichtungen gewährleistet, die bei einem Erdbeben mit einer Intensität über einem bestimmten Schwellenwert aktiviert werden. Sie wenden sich den seismischen Kräften entgegen, indem sie „dynamische“ Kräfte auf die Struktur anwenden, die den Schwingungen entgegenwirken und minimieren;
  • hybride Kontrolltechniken (oder gemischte): kombiniert aktive mit passiven Kontrollen je nach den gestalterischen Anforderungen.

Was ist der Unterschied zwischen passiven und aktiven seismischen Vorrichtungen?

Im vorherigen Abschnitt haben wir die drei Hauptgruppen vorgestellt, in die sich die seismischen Schutztechniken unterteilen lassen. Lassen Sie uns nun genauer betrachten, wie sich passive seismische Vorrichtungen von aktiven unterscheiden und einige konkrete Beispiele für beide Kategorien anführen.
Aktive seismische Vorrichtungen sind intelligente Technologien, die auf ein Erdbeben reagieren, indem sie sich nur bei Erschütterungen über einem bestimmten Schwellenwert aktivieren. Diese Vorrichtungen entwickeln eine modulierte Kraft basierend auf Beschleunigungen, indem sie den Schwingungen entgegenwirken und sie minimieren. Das Hauptmerkmal dieser Vorrichtungen, das sie von passiven Kontrollen unterscheidet, sind die geringeren Installations- und Wartungskosten, zunächst weil sie keine invasiven Eingriffe erfordern, um am Gebäude installiert zu werden. Einige von ihnen werden beispielsweise auf dem Dach des Gebäudes installiert und überwachen automatisch und regelmäßig ihre Leistung.

Passive seismische Vorrichtungen entkoppeln die Überstruktur des Gebäudes von der Bodenbewegung, wodurch die Übertragung der seismischen Energie reduziert wird. Innerhalb der passiven seismischen Vorrichtungen gibt es zwei Hauptkategorien:

    1. Seismische Isolatoren: Sie werden an der Basis der Struktur angebracht, zeichnen sich durch eine hohe vertikale Steifigkeit und eine begrenzte horizontale Steifigkeit aus. Eine seismisch isolierte Struktur ist flexibler, und daher verschiebt sich die natürliche Periode der Struktur zu höheren Werten. Die wichtigsten Arten von Erdbebenisolatoren sind:
        • Elastomer.Isolatoren;
        • Gleitlager-Isolatoren, einschließlich Pendelgleitlagern.
    1. Seismische Dissipatoren: Sie haben die Aufgabe, die absorbierte seismische Energie zu dissipieren. In dieser Kategorie gibt es verschiedene Arten (viskos, hysteretisch und abgestimmt);
    2. Temporäre Verbindungsvorrichtungen (mit Sicherungen oder dynamischer Art): Diese Vorrichtungen werden verwendet, um Bewegungen in eine oder mehrere Richtungen gemäß den unterschiedlichen Modalitäten des Typs und der Intensität der Aktion zu erzwingen. Sie treten in Aktion und hören auf zu wirken, wenn Erdbeben auftreten und aufhören.

Passive seismische Vorrichtungen und die Modellierung von seismisch isolierten Strukturen

Während der Gestaltung von neuen Strukturen mit passiven seismischen Vorrichtungen ist es wichtig, verschiedene kritische Faktoren zu berücksichtigen, um die Wirksamkeit und Sicherheit des gesamten Systems zu gewährleisten. Im Folgenden sind einige wesentliche Überlegungen aufgeführt:

  • Typ und Eigenschaften der seismischen Vorrichtungen: Die Auswahl des Typs hängt von den spezifischen Merkmalen der Struktur ab, einschließlich ihrer Form, Masse, Höhe und geografischen Lage;
  • Integration mit anderen Strukturelementen: Seismische Vorrichtungen müssen harmonisch in die anderen Strukturelemente des Gebäudes integriert werden, wie Träger, Säulen und Fundamente. Es ist wichtig, die Auswirkungen der seismischen Vorrichtungen auf die Gesamtantwort der Struktur auf seismische Ereignisse zu berücksichtigen und sicherzustellen, dass keine Interferenzen mit anderen Strukturelementen auftreten;
  • Strukturelle Analyse und Überprüfung: Eine sorgfältige strukturelle Analyse ist entscheidend, um die Auswirkungen des seismischen Dämpfungssystems auf die gesamte Struktur zu bewerten. Gründliche Überprüfungen sind erforderlich, um sicherzustellen, dass die Präsenz der seismischen Vorrichtungen nicht die strukturelle Integrität oder Tragfähigkeit des Gebäudes beeinträchtigt.

Die Gestaltung von Strukturen erfordert ein gründliches Verständnis der seismischen Dynamik, der Energieabsorptions-Technologien und der Branchenvorschriften. Ein integrierter Ansatz, der alle oben genannten Faktoren berücksichtigt, ist entscheidend, um die maximale Wirksamkeit und Sicherheit des seismischen Dämpfungssystems zu gewährleisten.
Die strukturelle und seismische Gestaltung ist natürlich äußerst sensibel und erfordert große Verantwortung und Kenntnisse, insbesondere wenn sie in Gebieten mit erhöhtem seismischem Risiko erfolgt. Die seismische Gestaltung erfordert zunächst die Sicherheit des menschlichen Lebens und für einige strategische Bauwerke wie Krankenhäuser oder Gebäude für den Zivilschutz ist es notwendig, nicht nur die Evakuierung der Menschen zu gewährleisten, sondern auch sicherzustellen, dass sie unmittelbar nach dem Erdbeben funktionsfähig bleiben.

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