15-EN15129 Abschnitt 6: Wegabhängige Geräte (DDD) – Normen und typische Produkte

1. Geltungsbereich und Definition

Klausel 6 regelt zwei Hauptkategorien vonDDD: lineare Geräte (LD) und nichtlineare Geräte (NLD). Ein entscheidendes Merkmal vonDDDist, dass sie keine vertikalen Lasten tragen. Zusätzlich,knickende-zurückhaltende Klammern(BRBs), die für zusätzliche Dämpfung innerhalb von Bauwerken sorgen, werden explizit klassifiziert alsDDD. Ergänzende technische Informationen zuDDDist in Anhang D der EN15129 verfügbar.

Diese Geräte sind ausschließlich für Bauwerke in erdbebengefährdeten Regionen gemäß der EN 1998-Reihe bestimmt, mit dem vorrangigen Ziel, die strukturelle Belastbarkeit durch Regulierung des dynamischen Verhaltens und Ableitung seismischer Energie zu verbessern und so synergetisch mit dem gesamten Erdbebenschutzsystem zusammenzuarbeiten.

2. Klassifizierung vonDDD

Lineargeräte (LD): LDs zeichnen sich durch lineares oder quasi{0}}lineares mechanisches Verhalten aus und werden zur Optimierung struktureller dynamischer Eigenschaften verwendet. Ihre geringen Nichtlinearitäts- und Energiedissipationsfunktionen sind so konzipiert, dass sie mit der linearen Strukturmodellierung kompatibel sind und Einfachheit und Genauigkeit bei der technischen Analyse gewährleisten.

Nichtlineare Geräte (NLD): NLDs zeigen ein starkes nichtlineares Verhalten und verbessern die strukturelle dynamische Leistung, indem sie eine erhebliche Nichtlinearität und/oder Energiedissipation einführen. Aufgrund ihrer komplexen mechanischen Reaktion müssen sie vollständig in die nichtlineare Strukturmodellierung einbezogen werden, um eine zuverlässige seismische Auslegung zu gewährleisten.

3. Wichtige Leistungs- und Compliance-Anforderungen

Abschnitt 6 legt strenge Leistungskriterien fest, die sichergestellt werden müssenDDDZuverlässigkeit unter seismischen Bedingungen:

Verschiebung und Lastwiderstand: DDDmuss bestimmten Verschiebungs- oder Belastungsgrenzen standhalten (je nachdem, was zuerst erreicht wird), mit einem Mindestsicherheitsfaktor ( ) von 1,1. Für Komponenten, die in Isolationssysteme integriert sind, werden diese Faktoren angepasst, um sie an die Verschiebungskapazität von Isolationsgeräten anzupassen (siehe Abschnitt 8 von EN15129).

Kraft-Verschiebungskurve:Die Kurve darf keinen absteigenden Trend aufweisen, wenn die Verschiebung oder Last die angegebenen Entwurfsgrenzen erreicht, um eine stabile Tragfähigkeit bei seismischen Ereignissen zu gewährleisten.

Zyklische Stabilität:Die effektive Steifigkeit und effektive Dämpfung vonDDDmuss über Zyklen hinweg stabil bleiben. Bei Zyklen i größer oder gleich 2 dürfen Abweichungen vom 3. Zyklus (ein Bezugspunkt für eine stabile Leistung) 10 % nicht überschreiten.

Restverdrängung:Unter seismischen Einwirkungen im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit (SLS) muss die Nullkraft-Restverschiebung minimiert werden (empfohlen 5 % der Auslegungsverschiebung oder mindestens 10 mm, je nachdem, welcher Wert größer ist), um Strukturschäden und Reparaturkosten nach dem Erdbeben zu reduzieren.

4. Material- und Prüfanforderungen

Materialien fürDDDwerden in „Kernmaterialien“ (kritisch für die zyklische seismische Leistung) und „Strukturmaterialien“ (für tragende Funktionen) kategorisiert. Kernmaterialien wie Elastomere, Stahl und Formgedächtnislegierungen (SMA) müssen strenge europäische Standards erfüllen:

Elastomere: Elastomere mit geringer -Dämpfung und hoher -Dämpfung müssen den Anforderungen in den Tabellen 10 bzw. 11 von Abschnitt 8 entsprechen und über eine nachgewiesene Haftfestigkeit auf Substraten verfügen.

Stahl: Muss den Normen EN 10025, EN 10083 oder EN 10088 entsprechen und Duktilität und Ermüdungsbeständigkeit gewährleisten.

Spezielle Materialien (z. B. SMA): Müssen bestehende europäische Standards erfüllen, mit zusätzlichen Tests für Phasenumwandlungseigenschaften, zyklische Leistung und Temperaturanpassungsfähigkeit.

Tests sind ein Eckpfeiler von Abschnitt 6, einschließlich Materialtyptests, Tests der werkseigenen Produktionskontrolle (FPC), Gerätetyptests und Tests vor-der Installation. Bei Änderungen an Gerätegeometrie, Materialien oder Verbindungssystemen ist eine Typprüfung erforderlich, während die FPC-Prüfung (Abtastrate größer oder gleich 2 %) eine gleichbleibende Leistung in der Massenproduktion gewährleistet.

DDDProdukte werden in der europäischen und amerikanischen Erdbebentechnik häufig eingesetzt, mit unterschiedlichen Anwendungen, die auf ihren linearen oder nichtlinearen Eigenschaften basieren. Nachfolgend finden Sie eine Zusammenfassung der Mainstream-Produkte, ihrer Kernfunktionen und typischen Anwendungsfälle:

1. Lineargeräte (LD)

LDs eignen sich ideal für Projekte, die eine lineare Strukturmodellierung erfordern, und bieten eine stabile Steifigkeitsanpassung bei minimaler nichtlinearer Energiedissipation. Zu den gängigen Typen gehören:

Lineare Metalldämpfer

Kernfunktionen:Diese aus Kohlenstoffstahl oder niedrig{0}legiertem Stahl gefertigten Dämpfer weisen ein nahezu -ideales Linearkraft--Verschiebungsverhalten ohne nennenswerte Streckgrenzen auf. Sie beruhen auf einer elastischen Verformung, um strukturelle natürliche Perioden anzupassen, wobei die Fähigkeit zur Energiedissipation gering ist.

Anwendungen:Geeignet für kleine bis mittelgroße Rahmenkonstruktionen, die eine dynamische Eigenschaftsoptimierung mit geringem zusätzlichen Energieverlustbedarf erfordern, wie z. B. die erdbebensichere Sanierung bestehender Industriegebäude.

Compliance-Highlights: Die Materialien müssen den EN 10025-Standards entsprechen und die Zyklenstabilität muss durch Typprüfungen überprüft werden.

LinearViskoelastische Dämpfer

Kernfunktionen:Durch die Verwendung von Elastomeren mit geringer -Dämpfung (gemäß Tabelle 10 von Abschnitt 8) bieten diese Dämpfer quasi-lineare Dämpfungseigenschaften und eine stabile effektive Steifigkeit. Sie kombinieren Steifigkeitsanpassung mit milder Energiedissipation und sind mit der linearen dynamischen Modellierung kompatibel.

Anwendungen:Ideal für Vorhangfassaden, Gerätefundamente und Hilfskomponenten zur Steifigkeitsanpassung in Gebäuden in mäßig erdbebengefährdeten Zonen mit stabilen Temperaturbedingungen.

Compliance-Highlights:Zur Überprüfung der Leistung sind dynamische Schertests erforderlich, wobei Materialparameterabweichungen (aufgrund von Versorgung, Temperatur usw.) die Grenzwerte in Tabelle 4 von Abschnitt 6 einhalten müssen.

Last-LagerKnickung-Restrained Braces (BRBs)

Kernfunktionen:Klassifiziert alsDDDsorgen für zusätzliche Dämpfung, dieseBRBsPriorisieren Sie lineare Belastungs- und Steifigkeitseigenschaften mit geringer Energiedissipation. Das Kernmaterial besteht aus hochfestem Stahl (EN 10083), und die Hülse verhindert ein Knicken des Kerns, um eine gleichmäßige Zug- und Druckkapazität sicherzustellen.

Anwendungen:Systeme zur Widerstandsfähigkeit gegen Querkräfte in hohen Stahlrahmen und räumlichen Strukturen mit großen Spannweiten, bei denen sowohl Tragfähigkeit als auch eine Optimierung der dynamischen Eigenschaften erforderlich sind.

Compliance-Highlights: Die Typprüfung muss Verbindungssysteme umfassen, wobei die Restverschiebung den SLS-Anforderungen entspricht.

2. Nichtlineare Geräte (NLD)

NLDs sind für Regionen mit hoher -seismischer-Intensität von entscheidender Bedeutung, da sie eine starke Nichtlinearität nutzen, um erhebliche seismische Energie abzuleiten. Sie erfordern eine nichtlineare Strukturmodellierung und sind in verschiedenen Konfigurationen verfügbar:

Metall-Fließdämpfer

Kernfunktionen:Hergestellt aus Stahl mit geringer Streckgrenze (z. B. LY100, LY160, LY225) mit geringer Streckgrenze und hoher Duktilität. Die Kraft-{7}}Verschiebungskurve zeigt ein ausgeprägtes bilineares Verhalten mit stabiler Nach-{8}}Strecksteifigkeit und ausgezeichneter zyklischer Energiedissipation.

Untertypen: Schertyp-, Biegetyp-, Undaxial-nachgiebige Dämpfer,anpassbar an unterschiedliche Einbauräume und Kraftanforderungen.

Anwendungen:Erdbebensicheres Design neuer Gebäude und Nachrüstung bestehender Gebäude, insbesondere in Zonen mit hoher -seismischer-Intensität für Rahmen- und Scherwandkonstruktionen.

Compliance-Highlights:Materialien erfordern monotone Spannung und zyklische Leistungstests. Nach einer beschleunigten Alterung (14 Tage bei 70 Grad) dürfen die Leistungsänderungen 20 % nicht überschreiten.

Reibungsdämpfer

Kernfunktionen: Energiedissipationwird durch relatives Gleiten zwischen Kontaktflächen mit einer rechteckigen Hysteresekraft-Verschiebungskurve (starke Nichtlinearität) erreicht. Der Reibungskoeffizient ist stabil undEnergiedissipationsteht in direktem Zusammenhang mit der Verschiebungsamplitude. Sie sind nicht auf Materialausbeute angewiesen und gewährleisten eine lange Lebensdauer und minimalen Wartungsaufwand.

Untertypen: Plattentyp-, zylindrischer-Typ, Undsphärische Reibungsdämpfer, geeignet für multi-direktionale Verschiebungsanforderungen.

Anwendungen:Brücken mit großer Spannweite, Stadien mit großer Spannweite, Hochhäuser und andere Projekte mit großem Verdrängungsbedarf. Ideal für Szenarien, die eine langfristig stabile Energiedissipation und einen geringen Wartungsaufwand erfordern, wie z. B. Nebenanlagen von Kernkraftwerken.

Compliance-Highlights:Zur Überprüfung der Verschleißstabilität sind langfristige Reibungstests erforderlich. Das Verhältnis von Ober- zu Untergrenze der Materialeigenschaften darf bei Metallbauteilen 1,4 nicht überschreiten.

Verschiebung-Verstärkte Dämpfer

Kernfunktionen:Durch die Integration mechanischer Verstärkungsmechanismen (z. B. Kniehebel, Schere, Getriebe) verstärken diese Dämpfer kleine strukturelle Verschiebungen (3- bis 4-fach) zur VerbesserungEnergiedissipationEffizienz in kleinen{0}}Verformungsszenarien, die eine starke Nichtlinearität aufweisen.

Funktionsprinzip:Kniehebelstreben, Scherenträger oder Zahnstangenmechanismen verstärken die Verschiebung zwischen den Stockwerken und übertragen die verstärkte Verschiebung auf interne Dämpfungselemente (z. B. Stahlkerne mit geringer Streckgrenze, Reibungskomponenten), um „kleine Verschiebung, große Energiedissipation“ zu erreichen.

Anwendungen:Strukturen mit geringer seitlicher Verformung, wie z. B. Scherwandkonstruktionen, Rohrkonstruktionen und starre Industrieanlagen. Auch für Projekte geeignet, die bei kleineren Erdbeben eine ausreichende Energiedissipation erfordern.

Compliance-Highlights: Stärke und Stabilität des Verstärkungsmechanismus müssen überprüft werden. Es sind zyklische Tests bei 25 %, 50 % und 100 % der maximalen Verschiebung erforderlich.

Dämpfer aus Formgedächtnislegierung (SMA).

Kernfunktionen:Unter Verwendung von Formgedächtnislegierungen (z. B. Ni-Ti-Legierungen) leiten diese Dämpfer Energie ab und erreichen durch Phasenumwandlung (Martensit zu Austenit) eine Selbstzentrierung. Die Kraft-{5}}Verschiebungskurve zeigt ein nichtlineares Hystereseverhalten mit minimaler Restverschiebung.

Funktionsprinzip:Bei Erdbeben unterliegen SMA-Drähte/-Stäbe einer plastischen Verformung (martensitische Umwandlung).Energie abführen. Nach -Erdbeben kehrt das Material durch Phasenumkehr automatisch in seine ursprüngliche Form zurück, wodurch strukturelle Restverschiebungen erheblich reduziert werden.

Anwendungen:Historische Gebäude (die nach -Erdbeben nur minimale Schäden erfordern), Fabriken für Präzisionsgeräte und Brückendehnungsfugen. Ideal für Projekte, bei denen sowohl die Energiedissipation als auch die Fähigkeit zur Selbstzentrierung im Vordergrund stehen.

Highlights der Konformität: Es sind Tests auf Phasenumwandlungseigenschaften (DSC), monotones Zugversagen und zyklische Leistung erforderlich, die den Betriebstemperaturbereich und die Dehnungsraten abdecken. Die Materialien müssen den bestehenden europäischen Standards entsprechen.

Standardausrichtung:SicherstellenDDDProdukte entsprechen sowohl EN15129 Abschnitt 6 als auch lokalen Erdbebennormen (z. B. Eurocode 8 in Europa, ASCE 7 in den Vereinigten Staaten) für grenzüberschreitende Projekte.

Modellierungskompatibilität:Wählen Sie LDs für die lineare Strukturmodellierung und NLDs für die nichtlineare Modellierung aus, um eine genaue seismische Reaktionsanalyse sicherzustellen.

Qualitätssicherung:Priorisieren Sie Produkte mit vollständigen Typprüfzertifikaten und strengen FPC-Prozessen, um eine gleichbleibende Leistung in der Massenproduktion zu gewährleisten.

Anwendungsspezifität:Passen Sie DDD-Typen an strukturelle Eigenschaften (z. B. Verschiebungsbedarf, Steifigkeit) und Umgebungsbedingungen (z. B. Temperatur, Korrosionsrisiko) an, um die seismische Leistung zu optimieren.