Notkun á bitastangalíkani til að herma burðarþolstilraunir á járnbentum steinsteyptum burðarveggjum

Höfundar

Stefán Grímur Sigurðsson , Ching-Yi Tsai , Bjarni Bessason , Ólafur Sveinn Haraldsson .

Ágrip

Járnbentir steinsteyptir burðarveggir eru algengasta burðarformið í íslenskum húsbyggingum. Frá ómunatíð hafa kröftugir jarðskjálftar reglulega riðið yfir í helstu brotabeltum landsins og reynt á menn, mannvirki og innviði. Til að meta áhrif jarðskjálfta á mannvirki er gagnlegt að hafa aðgang að áreiðanlegum reiknilíkönum sem eru mismunandi eftir því hvers konar mannvirki er verið að greina. Svokallað bitastangalíkan hefur á undanförnum árum verið þróað erlendis til að herma hegðun steinsteyptra burðarveggja. Reiknilíkan af þessari gerð var nýlega notað við Háskóla Íslands til að herma tilraunir þar sem tvær gerðir af stoðveggjum voru álagsprófaðar. Í jarðskjálftaverkfræði er þekkt að halda svokallaðar blindtilraunakeppnir þar sem burðarvirki eru álagsprófuð við stigvaxandi álag. Fyrirkomulagið í slíkri keppni er þannig að þátttakendur fá allar upplýsingar um hönnun prófstykkis en eiga síðan að nota eigin reiknilíkön til að spá fyrir hegðun og brotmynd burðarvirkisins án þess að þekkja tilraunaniðurstöður. Nýlega fór fram alþjóðleg tvískipt blindtilraunakeppni. Fyrri hlutinn var haldinn árið 2022 í UCLouvain háskólanum í Belgíu, þar sem tveir eins U-laga veggir úr járnbentri steinsteypu, með lyftukjarna í þriggja hæða byggingu sem fyrirmynd, voru prófaðir með stigvaxandi stöðuálagi gangvart bæði beygju- og vinduáraun. Seinni hluti keppninnar fór svo fram í Portúgal árið 2024. Þar var samskonar U-laga burðarveggur prófaður á hristiborði gagnvart kvikri jarðskjálftahreyfingu með mismunandi ákefð. Rannsóknahópur frá Háskóla Íslands tók þátt í þessum seinni hluta keppninnar og notaði bitastangalíkan og opna hugbúnaðinn OpenSees til að spá fyrir jarðskjálftasvörun prófstykkisins. Í greininni er fjallað um notkun á bitastangalíkaninu til að herma tilraunaniðurstöður úr stoðveggjarannsókninni og til að spá fyrir um niðurstöður úr seinni hluta blindtilraunakeppninnar. Eftir að tilraunaniðurstöður lágu fyrir var líkanið endurbætt til ná betri árangri. Heilt yfir gekk vel að herma niðurstöður úr öllum tilraununum og mikilvæg reynsla og aukin færni fékkst úr rannsóknaverkefninu.

Abstract

Abstract

Reinforced concrete (RC) structural walls are the most common structural system in Icelandic buildings to resist lateral seismic loads. Over the centuries, destructive earthquakes have frequently impacted the country's most active seismic zones, causing significant effects on people, buildings, and infrastructure. To assess earthquake response of structures, it is valuable to have access to reliable computational models. A blind test competition in earthquake engineering is a research challenge where participants are tasked with predicting the behavior or performance of a structural system under seismic loading without prior knowledge of the actual experimental results. It gives engineers and researchers the opportunity to identify strengths and weaknesses in current modeling approaches. Recently, a two-part international blind test competition took place. The first part was hosted by the UCLouvain University in Belgium, where two identical U-shaped structural walls tested quasi-static under flexure and torsion loads. The second part of the blind test competition took place in Portugal in 2024. There, an identical U-shaped load-bearing wall was constructed and then tested on a shake-table. A research group from the University of Iceland participated in this second part of the competition. A numerical model was developed using the beam-truss modeling strategy and the open-source software OpenSees to predict test results. This modeling strategy is well suited for simulating RC wall in-plane responses, where shear deformations and shear cracks can occur. Before participating in the blind tests, the modeling strategy was first tested and compared to available test data from experiment with two abutment walls at the University of Iceland. This paper describes the beam-truss modeling strategy and how it was utilized to simulate the abutment walls experimental results as well as the shake-table tests from the second part of the blind competition. Following the announcement of the competition results, the numerical model was further refined to obtain more accurate results. Overall, the results from all the experiments were successfully simulated, and important experience and increased skills were gained from the research project.