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

Die in dieser Promotionsarbeit vorgestellte Forschung stellt eine systematische und umfassende Behandlung der seismischen Qualifikation von Dubeln dar und basiert auf umfangreiche Untersuchungen. Das Ziel dieser Arbeit ist es, Wissenslucken uber das Verhalten von Dubeln unter Erdbebenbelastung so zu schliesen, dass bestehende Qualifikationsrichtlinien um sinnvolle Versuche fur die Beurteilung der Erdbebentauglichkeit erganzt werden konnen. Im Rahmen der Promotionsarbeit werden zunachst die Grundlagen erarbeitet, die fur einen fundierten Ansatz zur seismischen Qualifikation notwendig sind. Nach einer kurzen Einleitung uber die Motivation, Hintergrunde und Ziele der Erforschung von Dubeln unter Erdbebenbelastungen (Kapitel 1), wird der gegenwartige Stand der Qualifikationsrichtlinien erortert (Kapitel 2). Die zur Beseitigung der daraus abgeleiteten Kenntnisdefizite durchgefuhrten Untersuchungen werden anschliesend prasentiert und diskutiert (Kapitel 3). Jeder Aspekt, der als masgeblich zur Charakterisierung des Verhaltens von Dubeln unter Erdbebeneinwirkung erkannt wurde, unterstutzte die Erarbeitung einer entsprechenden Erganzung der europaischen Qualifikationsrichtlinie, deren Prufprotokolle anhand weiterer Versuche verifiziert wurden (Kapitel 4). Wahrend die vorgenannten Versuche unter simulierten Erdbebenbedingungen durchgefuhrt wurden, wurden die Dubel bei den im zweiten Teil der Promotionsarbeit beschriebenen Versuchen unter realen Erdbebenbedingungen untersucht. Hierfur wurden Rutteltischversuche durchgefuhrt, die einen Vergleich des Verhaltens eines im Tragwerk eingebauten Dubels mit dem eines im Versuchskorper eingebauten Dubels ermoglichen. So konnte geklart werden, ob das Konzept der zukunftigen Qualifikationsrichtlinien die charakteristischen Anforderungen eines echten Erdbebens widerspiegeln. Die Versuchsergebnisse wurden den vorgeschlagenen Anforderungen und Bewertungskriterien gegenubergestellt (Kapitel 5). Basierend auf den gewonnenen Erkenntnissen werden Empfehlungen fur die seismische Qualifikation von Dubeln abgeleitet und wichtige Bemessungsaspekte aufgezeigt (Kapitel 6). Um das fur die seismische Qualifikation oftmals masgebende Verschiebeverhalten besser vorhersagen zu konnen, wird ein Modell zur Abschatzung der sich aus zyklischen Lasten und sich zyklisch offnenden und schliesenden Rissen ergebenen Dubelverschiebung vorgeschlagen (Kapitel 7). Abschliesend 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).