Experimental performance and recommendations for qualification of post-installed anchors for seismic applications

Abstract

Die in dieser Promotionsarbeit vorgestellte Forschung stellt eine systematische und umfassende Behandlung der seismischen Qualifikation von Dübeln dar und basiert auf umfangreiche Untersuchungen. Das Ziel dieser Arbeit ist es, Wissenslücken über das Verhalten von Dübeln unter Erdbebenbelastung so zu schließen, dass bestehende Qualifikationsrichtlinien um sinnvolle Versuche für die Beurteilung der Erdbebentauglichkeit ergänzt werden können. Im Rahmen der Promotionsarbeit werden zunächst die Grundlagen erarbeitet, die für einen fundierten Ansatz zur seismischen Qualifikation notwendig sind. Nach einer kurzen Einleitung über die Motivation, Hintergründe und Ziele der Erforschung von Dübeln unter Erdbebenbelastungen (Kapitel 1), wird der gegenwärtige Stand der Qualifikationsrichtlinien erörtert (Kapitel 2). Die zur Beseitigung der daraus abgeleiteten Kenntnisdefizite durchgeführten Untersuchungen werden anschließend präsentiert und diskutiert (Kapitel 3). Jeder Aspekt, der als maßgeblich zur Charakterisierung des Verhaltens von Dübeln unter Erdbebeneinwirkung erkannt wurde, unterstützte die Erarbeitung einer entsprechenden Ergänzung der europäischen Qualifikationsrichtlinie, deren Prüfprotokolle anhand weiterer Versuche verifiziert wurden (Kapitel 4). Während die vorgenannten Versuche unter simulierten Erdbebenbedingungen durchgeführt wurden, wurden die Dübel bei den im zweiten Teil der Promotionsarbeit beschriebenen Versuchen unter realen Erdbebenbedingungen untersucht. Hierfür wurden Rütteltischversuche durchgeführt, die einen Vergleich des Verhaltens eines im Tragwerk eingebauten Dübels mit dem eines im Versuchskörper eingebauten Dübels ermöglichen. So konnte geklärt werden, ob das Konzept der zukünftigen Qualifikationsrichtlinien die charakteristischen Anforderungen eines echten Erdbebens widerspiegeln. Die Versuchsergebnisse wurden den vorgeschlagenen Anforderungen und Bewertungskriterien gegenübergestellt (Kapitel 5). Basierend auf den gewonnenen Erkenntnissen werden Empfehlungen für die seismische Qualifikation von Dübeln abgeleitet und wichtige Bemessungsaspekte aufgezeigt (Kapitel 6). Um das für die seismische Qualifikation oftmals maßgebende Verschiebeverhalten besser vorhersagen zu können, wird ein Modell zur Abschätzung der sich aus zyklischen Lasten und sich zyklisch öffnenden und schließenden Rissen ergebenen Dübelverschiebung vorgeschlagen (Kapitel 7). Abschließend werden die wesentlichen Erkenntnisse zusammengefasst und offene Fragen formuliert, die weitere Untersuchungen erfordern (Kapitel 8).

The research presented in this thesis constitutes a systematic and comprehensive approach to seismic anchor qualification based on extensive investigations. The goal of this work is to close the gap in knowledge relating to seismic anchor behaviour to enable amendments to existing qualification guidelines by meaningful tests allowing the assessment of the seismic performance. The initial scope of this thesis is to provide the foundation necessary to come up with a comprehensive scheme for the seismic qualification of post installed anchors. After a brief introduction of the motivation, background and objectives of the research on anchors for use in seismic applications (Chapter 1), the state of the art of current qualification guidelines is discussed (Chapter 2). The extensive investigations carried out to overcome identified deficits in knowledge are presented and the key results are discussed (Chapter 3). Points identified as critical for seismic anchor performance supported the development of the seismic amendment of the European qualification guideline which testing protocols were verified by tests (Chapter 4). While the aforementioned tests were conducted under simulated seismic conditions, the tests presented in the second part were conducted under real seismic conditions. Therefore, shake table tests were carried out which enabled the comparison of the anchor behaviour on component and system level. The target was to evaluate whether the concept of future seismic pre qualification tests sufficiently replicate the characteristic demands of a real earthquake. The test data was compared with the stipulated requirements and assessment criteria of the proposed pre qualification tests (Chapter 5). Based on all test investigations, recommendations for seismic anchor pre qualification are given and important aspects of seismic design are highlighted (Chapter 6). To predict the displacement behaviour, which is often critical for seismic qualification, a model to estimate the anchor displacement for a given load and crack demand is proposed (Chapter 7). Finally the findings are summed up and open questions requiring further research are formulated (Chapter 8).