Applicability of pushover analysis in seismic steel structure design
Oksanen, Joel (2021)
Diplomityö
2021
School of Energy Systems, Konetekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
http://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2021062239369
http://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2021062239369
Tiivistelmä
The objective of this master’s thesis was to gain knowledge about an advanced seismic analysis method, pushover analysis, and to study its applicability in seismic steel structure design. The applicability of RFEM and Eurocode 8 for pushover analysis were studied by analysing 2D and 3D structures obtained from the literature.
A pushover analysis has some advances compared to simpler and much wider used linear response spectrum analysis. It gives valuable information about the location of first yield, overstrength ratio for behaviour factor revision and the actual plastic mechanism of the structure in an earthquake. However, the current guidelines in standards are not at a level that would allow the method to be applied easily and unambiguously in industrial design.
It was found out that regular moment resisting frames are suitable for pushover analysis with RFEM and it can calculate the capacity curves and inspect the plastic hinge Eurocode 8 limit states. However, RFEM does not have the means to calculate the target displacement and is not suitable for pushover analysis of braced frames. If a structure is to be analysed with pushover analysis according to Eurocode 8, it should be ensured that the requirements for regularity in plan and in elevation are met. Tämän diplomityön tavoitteena oli lisätä tietämystä kehittyneestä seismisestä analyysimenetelmästä, pushover-analyysistä, sekä tutkia sen soveltuvuutta teräsrakenteiden seismiseen suunnitteluun. RFEM:n ja Eurokoodi 8:n soveltuvuutta pushover-analyysiin selvitettiin analysoimalla kirjallisuudesta löytyviä 2D- ja 3D-rakenteita.
Pushover-analyysilla on joitakin etuja yksinkertaisempaan ja huomattavasti yleisemmin käytettyyn vastespektrianalyysiin verrattuna. Siitä saadaan arvokasta tietoa ensimmäisen myödön sijainnista, ylilujuuskertoimesta käyttäytymiskertoimen uudelleenarviointiin sekä rakenteen todellisesta plastisesta mekanismista maanjäristyksessä. Nykyiset standardien ohjeistukset eivät kuitenkaan ole riittäviä, jotta menetelmää voitaisiin soveltaa helposti ja yksiselitteisesti teollisessa suunnittelussa.
Työssä saatiin selville, että säännölliset momenttikehät soveltuvat analysoitaviksi pushover-menetelmällä RFEM:ssä, ja että sillä voidaan laskea kapasiteettikäyrät ja tarkistaa plastisten nivelten Eurokoodi 8 -rajatilat. RFEM:ssä ei kuitenkaan voida laskea tavoitesiirtymiä, eikä se sovellu sidejäykistettyjen kehien pushover-analyysiin. Jos rakennetta analysoidaan pushover-analyysilla Eurokoodi 8:n mukaisesti, tulee varmistua, että säännöllisyysvaatimukset tason ja korkeuden suhteen täyttyvät.
A pushover analysis has some advances compared to simpler and much wider used linear response spectrum analysis. It gives valuable information about the location of first yield, overstrength ratio for behaviour factor revision and the actual plastic mechanism of the structure in an earthquake. However, the current guidelines in standards are not at a level that would allow the method to be applied easily and unambiguously in industrial design.
It was found out that regular moment resisting frames are suitable for pushover analysis with RFEM and it can calculate the capacity curves and inspect the plastic hinge Eurocode 8 limit states. However, RFEM does not have the means to calculate the target displacement and is not suitable for pushover analysis of braced frames. If a structure is to be analysed with pushover analysis according to Eurocode 8, it should be ensured that the requirements for regularity in plan and in elevation are met.
Pushover-analyysilla on joitakin etuja yksinkertaisempaan ja huomattavasti yleisemmin käytettyyn vastespektrianalyysiin verrattuna. Siitä saadaan arvokasta tietoa ensimmäisen myödön sijainnista, ylilujuuskertoimesta käyttäytymiskertoimen uudelleenarviointiin sekä rakenteen todellisesta plastisesta mekanismista maanjäristyksessä. Nykyiset standardien ohjeistukset eivät kuitenkaan ole riittäviä, jotta menetelmää voitaisiin soveltaa helposti ja yksiselitteisesti teollisessa suunnittelussa.
Työssä saatiin selville, että säännölliset momenttikehät soveltuvat analysoitaviksi pushover-menetelmällä RFEM:ssä, ja että sillä voidaan laskea kapasiteettikäyrät ja tarkistaa plastisten nivelten Eurokoodi 8 -rajatilat. RFEM:ssä ei kuitenkaan voida laskea tavoitesiirtymiä, eikä se sovellu sidejäykistettyjen kehien pushover-analyysiin. Jos rakennetta analysoidaan pushover-analyysilla Eurokoodi 8:n mukaisesti, tulee varmistua, että säännöllisyysvaatimukset tason ja korkeuden suhteen täyttyvät.