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J.-P. Spiess:
"Global dynamic instabilities of P-delta sensitive non-deteriorating frame structures subjected to seismic exciation";
Betreuer/in(nen): C. Adam; Institut für Hochbau und Technologie, 2007; Abschlussprüfung: 12.01.2007.

Die globalen Kollapskapazitäten zufolge dynamischer Instabilität einer Reihe von einfachen Rahmensystemen wurden mit Hilfe von inkrementeller dynamischer Analyse an Hand einer Auswahl von 40 gewöhnlichen Erbdebenaufzeichnungen aus Kalifornien bestimmt. Zwei Materialvarianten wurden zum Einsatz gebracht: zum Einen ein einfaches bilineares Materialmodell mit kinematischer Verfestigung und zum Anderen ein sogenanntes "peak" orientiertes Material, welches im wesentlichen dem ersteren entspricht, jedoch eine modifizierte Hystereseschleife aufweist (die Steifigkeit wird bei Spannungsumkehr reduziert). Darüber hinaus wurden auch zwei verschiedene Verfahren zur Skalierung der Erdbebenaufzeichnungen eingesetzt (basierend auf der maximalen Bodenbeschleunigung und basierend auf der spektralen Beschleunigung bei der Grundperiode des Rahmensystems). Die Modellierung der Plastizität in den Rahmensystemen erfolgte gemäß dem "strong column - weak beam" Konzept durch Zuweisen des Materialmodells zu den Drehfedern zwischen Balken und Stützen (konzentrierte Plastizität). Da es wesentlich weniger Zeit und Rechenleistung in Anspruch nehmen würde, wenn man zur Abschätzung dieser Kollapskapazitäten Einfreiheitsgradsysteme (Einmassenschwinger) einsetzen könnte, wurde ein kürzlich vorgeschlagenes äquivalentes Einfreiheitsgradsystems verwendet, um die Kollapskapazitäten abzuschätzen. Verschiedene Stufen der Vereinfachung des vorgeschlagenen Systems wurden angewendet und die Ergebnisse jeweils mit jenen der eigentlichen Rahmensysteme verglichen. Die Ergebnisse erwiesen sich als gut genug um aussagen zu können, dass sich das Verfahren tatsächlich zur Abschätzung der globalen Kollapskapazitäten der untersuchten Systeme zufolge dynamischer Instabilität heranziehen lassen kann. Anschließend werden Möglichkeiten aufgezeigt, einfache zweidimensionale Bemessungsdiagramme zur Abschätzung der globalen Kollapskapazität zu entwickeln, welche nur den inelastischen Stabilitätskoeffizient, den Verfestigungskoeffizient und die Grundperiode des Rahmensystems als Eingangsgrößen benötigen.

The capacity of earthquake excited generic multistory frame structures against global collapse due to dynamic instabilities is determined. For the incremental dynamic analyses a set of 40 ordinary ground motions recorded during seismic events in California is employed. Two methods for scaling the earthquake records are applied: peak ground acceleration based scaling and scaling by the spectral acceleration at the fundamental period of vibration of the actual frame structure. According to the "strong column - weak beam" design concept inelastic non-deteriorating material behavior is assigned to nonlinear rotational springs at the beam-column joints (concentrated plasticity). The influence of different hysteretic behavior on the global collapse capacity is studied by application of a bilinear model with kinematic hardening and a peak oriented model, respectively. Equivalent-single-degree-of-freedom systems with different levels of simplifications are utilized to estimate the actual collapse capacities. For the investigated structures the results prove that the suggested simplified models lead to a good estimate of the collapse capacity. Based on the inelastic global stability coefficient from a pushover analysis, the strain hardening ratio, and the fundamental period of vibration, simple design charts for the assessment of global collapse capacity are developed.