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Ingenieure simulieren Sanierungsstrategien für Stahlbetonstützen – ScienceDaily

Die Stahlbetonsäulen, die viele Brücken in der Welt stützen, sind so konstruiert, dass sie Erdbeben standhalten, aber sie müssen immer häufig überprüft und repariert werden, sobald die Erschütterungen vorüber sind.

Diese Reparaturen umfassen normalerweise das Ersetzen von losem Beton und gebrochenen Stahlstangen und das Hinzufügen zusätzlicher Materialien um den beschädigten Bereich herum, um ihn gegen zukünftige Belastungen weiter zu stärken.

Ingenieure bei George R. Brown Engineering an der Rice University und der Texas A&M University verfügen über eine innovative Computermodellierungsstrategie, um die Planung für diese Reformen effektiver zu gestalten.

Die Studie unter der Leitung von Rice Postdoktorand Mohamed Salehi und den Bau- und Umweltingenieuren Reginald Desroches von Rice und Petros Sideris von Texas A&M wurde im Journal of Structural Engineering veröffentlicht. De Roches ist auch der aktuelle Dekan und neue Vorsitzende von Rice.

„Wenn wir Brücken und andere Strukturen für Erdbeben entwerfen, ist das Ziel, einen Einsturz zu verhindern“, sagte Desroches. „Aber insbesondere bei großen Erdbeben erwarten wir Schäden daran. In dieser Studie zeigen wir analytisch, dass solche Schäden so repariert werden können, dass die ursprüngliche Leistung erreicht oder nahe an die ursprüngliche Leistung herankommt.“

Ihre Modelle simulieren, wie Plumes voraussichtlich global (in Bezug auf Kernscherung und seitliche Verschiebung) und lokal (mit Spannung und Dehnung) auf zukünftige Erdbeben reagieren werden, wenn verschiedene Reparaturmethoden verwendet werden.

Die Modelle sagen auch die Auswirkungen von Rutschen und Torsion von Bewehrungsstäben auf die Festigkeit und Verschleißfestigkeit von Stäben vor und nach der Reparatur voraus.

Laut Salehi werden die Modelle über die Open-Source-Strukturanalysesoftware OpenSees frei verfügbar sein, um Ingenieuren dabei zu helfen, bevorzugte Arten von Reparaturen zu verstehen.

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„Was uns hauptsächlich am Herzen liegt, ist natürlich die Sicherheit des Lebens, und wir wissen, dass wir nach einem starken Erdbeben einige Schäden am Gebäude sehen werden“, sagte er. „Wenn eine Welle stark beschädigt ist, muss sie möglicherweise ersetzt werden, aber es kann sehr kostspielig sein. Unsere Computermodelle können Ingenieuren dabei helfen, festzustellen, ob die Welle kosten- und leistungseffizient repariert werden kann.“

Beton und Stahl in den verstärkten Stützen in den Modellen werden durch „faserige“ Elemente dargestellt. Modelle sagen voraus, wie sie auf willkürliche Belastungen reagieren werden, unter Berücksichtigung des nichtlinearen Spannungs-Dehnungs-Verhaltens von Stützen und Reparaturmaterialien.

Nach einer anfänglichen Belastung zur Simulation eines bestimmten Schadensniveaus, sagte Salehi, ermöglichen die Modelle Ingenieuren, die Fasern des Modells zu manipulieren und die Leistung reparierter Säulen unter seismischen Belastungen zu analysieren.

Er sagte, die für die Software einzigartigen Schlupf- und Torsionsmodellierungswerkzeuge seien anhand vorhandener experimenteller Daten validiert worden. Salehi validierte auch die Gesamtmodellierungsstrategie anhand von Daten aus Tests an echten Brückenpfeilern aus Stahlbeton vor und nach verschiedenen Reparaturmethoden, einschließlich Betonummantelung und kohlefaserverstärktem Polymer.

Desroches ist außerdem Vorsitzender des Beratungsausschusses des National Institute of Standards and Technology (NCST), der 2002 gegründet wurde, um Gebäudeschäden zu untersuchen. Obwohl sich die neue Studie auf Brückenpfeiler konzentriert, die seismische Schäden erlitten haben, können die Tools auch zur Bewertung der Reparatur von Strukturelementen verwendet werden.

„Wir sehen eine zunehmende Verschlechterung der bestehenden Infrastruktur aufgrund von Erosion und anderen Ursachen“, sagte Desroches. „Diese allgemeine Methodik kann also angewendet werden, um zu verstehen, wie Reparaturen die Leistung von sich verschlechternden Strukturen wiederherstellen und verbessern können.“

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Geschichte Quelle:

Material Einführung von Reis Universität. Original von Mike Williams. Hinweis: Inhalt kann je nach Stil und Länge geändert werden.