Das Forschungsvorhaben SEeMOREEffect untersucht den Einfluss der Systemreduktion auf das seismische Verhalten von Stahl-Beton-Verbundrahmen. Ziel ist es, die Auswirkungen der Reduktion komplexer Rahmenstrukturen in Versuchsanordnungen zu analysieren und zuverlässige FE-Modelle für die Vorhersage des Erdbebenverhaltens von Moment-Resisting Frames (MRFs) innerhalb von komplexen Gesamttragwerken zu entwickeln.

Schwerpunkte:

• Analyse der Systemreduzierung: Untersuchung, wie die Reduzierung komplexer Rahmenstrukturen in Versuchsanordnungen das seismische Tragverhalten von innovativen Verbundstrukturen beeinflusst.

• Untersuchung von CFST- und CFDST-Stützen: Evaluation der seismischen Tragfähigkeit von MRFs mit betongefüllten Stahlrohrstützen (CFST) und betongefüllten Doppelrohrstützen (CFDST) zur Optimierung schlanker, hochbelastbarer und schneller Bauweisen im Hochbau.

• Surrogate-Modell-Integration: Entwicklung analytischer Ansätze zur Erfassung der Systemreduzierungseffekte zur Integration in ein Ersatzmodell für die Analyse des seismischen Verhaltens globaler Rahmenstrukturen.

• Modellentwicklung: Erstellung und Validierung zuverlässiger FE-Modelle, die die festgestellten Effekte der Systemreduzierung berücksichtigen und das seismische Verhalten von Rahmenkonstruktionen abbilden können.

Bisherige Studien haben das Verhalten dieser Strukturen durch experimentelle Tests an einzelnen Bauteilgruppen, wie T- und Kreuzverbindungen, analysiert. Diese Tests sind jedoch oft vereinfacht und spiegeln nicht die realen Bedingungen in der Gesamtstruktur eines Gebäudes wider und sind überwiegend proprietär. Feldbeobachtungen und Untersuchungen an Rahmensubstrukturen zeigen, dass zusätzliche Effekte, wie z.B. die Einschränkung der axialen Verformung von Trägern durch Deckenplatten und angrenzende Stützen, die seismische Tragfähigkeit beeinflussen. Diese Effekte können in den Substruktur-Experimenten nicht berücksichtigt werden, weswegen im Rahmen dieses Forschungsprojektes größere Rahmenstrukturen untersucht werden. Als Fortsetzung vorheriger Forschungsvorhaben des Lehrstuhls, z.B. SEISMICCOLUMNS, STUBSEISMIC und CFSHSC, liegt ein weiterer Schwerpunkt auf der Untersuchung des Erdbebenverhaltens von MRFs, die mit betongefüllten Doppelstahlrohrstützen (Concrete-Filled-Double-Steel-Tube, (CFDST)) und Stahlverbundträgern gebaut wurden. Dabei wird das Verbundverhalten und der Einfluss auf das Tragverhalten von CFDST im Vergleich zu normalen Stahlrohrstützen (Concrete-Filled-Steel-Tube (CFST)) analysiert. Dies ist relevant, da qualitativ hochwertige Testdaten fehlen, um entsprechende Aussagen zur Steifigkeit, Stabilität und Duktilität für erdbebensichere Rahmenstrukturen mit dieser Bauweise zu treffen. Um die festgestellten Effekte nachzuvollziehen und zu quantifizieren, sind sowohl experimentelle als auch numerische Studien geplant.

Die experimentellen Versuche werden die Duktilität und Energieabsorptionskapazität der Verbindungen sowie den Einfluss der Rahmenwirkung, der Platteneffekte, der Versagensmechanismen und der plastischen Rotationskapazität der MRF-Verbundwerkstoffe unter einer seismischen Belastung untersuchen. Im Rahmen des Vorhabens werden dabei monotone PushOver- und zyklische Tests an realistischen Rahmenstrukturen, einschließlich einer 2-Bay-1-Story-Rahmenstruktur mit verstärkten Verbunddeckenplatten durchgeführt. Vergleichende Tests an vereinfachten Substrukturen, wie T- und Kreuzversuchskörpern mit jeweils CFST- und CFDST-Verbundstützen, sind ebenfalls geplant. Auf diese Weise werden die Unterschiede zwischen den realen Rahmenbedingungen und den vereinfachten Testbedingungen quantifizierbar. Parallel dazu werden numerische Studien durchgeführt, bei denen faser- und kontinuumsbasierte Finite-Elemente-Modelle entwickelt und anhand der Versuchsergebnisse validiert werden. Die numerischen Simulationen sollen zu einem vertieften Verständnis des Tragverhaltens der Verbundstützen beitragen und ermöglichen Aussagen zu Kraft- und Verformungsgrößen, welche nicht mess- und beobachtbar sind. Die Modelle ermöglichen detaillierte Analysen der Verformungen, Scherverzerrungen, Spannungen und axialen Kräfte in den Strukturen. Durch zusätzliche Parameteruntersuchungen wird der Parameterbereich der experimentellen Ergebnisse ergänzt und erweitert. Dadurch können die Systemeffekte und die Einflussfaktoren der Reduktion der Rahmenstruktur sowohl quantitativ als auch qualitativ bewertet werden. Die Ergebnisse bilden die Grundlage für die Entwicklung geeigneter Verbindungen für entsprechende Verbundrahmenstrukturen im seismischen Anwendungsfall.