Seismische Analysen

Ein Standsicherheitsnachweis unter der Berücksichtigung von seismischen Lasten wird immer häufiger gefordert, auch für Anlagen oder Maschinenbaukomponenten wie Getriebe oder Motoren.

Im Rahmen eines seismischen Nachweises wird in der Regel initial eine Modalanalyse durchgeführt, um die Eigenfrequenzen und Schwingungsformen der zu analysierenden Komponente zu bestimmen. Die Ergebnisse der Modalanalyse sind meist die Basis für die Wahl der Analyseart für die seismische Analyse.

Abhängig von der Geometrie, der Eigenfrequenz und den Anforderungen kann die Analyse wie folgt ausgeführt werden:

• Quasistatische Antwortspektrumanalyse: Bei ausreichend steifen Bauteilen kann die seismische Belastung als statische Beschleunigung aufgeben werden. Es wird meist der Plateauwert des Spektrums verwendet. Die Methode eignet sich auch für eine erste Bewertung von komplexen Komponenten hinsichtlich der Standsicherheit
• Spektrumanalyse: Bei Komponenten, bei denen sich im Frequenzbereich des Anregungsspektrums Eigenfrequenzen befinden, ist eine Spektrumanalyse erforderlich. Hierbei wird ein Erdbebenspektrum definiert und mit den Ergebnissen der Modalanalyse verrechnet und kombiniert. Als Ergebnis liegen dann Spannungen und Reaktionskräfte über alle Frequenzen vor.
• Zeittransiente Analyse: Die Berechnungen im Frequenzbereich (Modalanalyse und Spektrumanalyse) erfordern ein lineares Berechnungsmodell. Nichtlinearitäten wie Plastizität, Kontakt oder Reibung sind mathematisch nicht abzubilden. Falls diese berücksichtigt werden sollen, werden aus dem Erdbebenspektrum abgeleitete oder gemessene zeittransiente Beschleunigungssignale auf die zu berechnende Komponente aufgegeben. Diese Berechnung ist sehr aufwendig und wird daher selten verwendet.

Basierend auf den Berechnungen können die folgenden Nachweise erbracht werden:

• Standsicherheits-/Stabilitätsnachweis: Primärer Sinn dieses Nachweises ist es sicherzustellen, dass im Falle eines Erdbebens die Komponente samt Befestigungsschrauben nicht bricht, verrutscht oder kippt und somit keine Menschenleben gefährdet werden. Erhebliche plastische Deformationen sind zulässig, ein weiterer Betrieb der Komponente nach dem Erdbeben ist nicht sicherzustellen.
• Funktionsfähigkeitsnachweis: Hierbei ist nachzuweisen, dass die Komponente auch während und nach einem Erdbeben ihre volle Funktion beibehält. Hierbei wird sichergestellt, dass z.B. rotierende Kompontenten wie das Laufrad einer Pumpe im Erdbebenfall nicht an das Gehäuse anläuft oder dass aufgrund der seismischen Beschleunigung unzulässig hohe Spannungen auftreten.

Wir wenden die gängigen europäischen und amerikanischen Normen zur Bestimmung der seismischen Lasten und Lastfallkombinationen an. Diese Normen sind z.B.

• DIN EN 1998 (Eurocode)
• UBC
• IBC
• ASCE7
• KTA

Den Standsicherheitsnachweis führen wir mit den dazugehörigen nationalen, bauteilspezifischen Normen, z.B.

• DIN EN 1993 (Stahlbau)
• DIN EN 13445, AD2000 oder ASME (Druckbehälter)
• AISC (Stahlbau USA)
• KTA (Kerntechnik).

Falls der Nachweis nach einer länderspezifischen Norm durchgeführt werden muss, z.B. SNiP für Russland, erarbeiten wir gerne das Vorgehen für Sie und führen den rechnerischen Nachweis.

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