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ENSI Erfahrungs- und Forschungsbericht 2011

1.3.6 SMART-2008 – Erdbebenbe-

rechnung von Stahlbetonbau-

werken von Kernkraftwerken

Auftragnehmer: Basler & Hofmann AG, Ingeni-

eure, Planer und Berater, Zürich

ENSI-Projektbegleiter: Urs Bumann

Einleitung

Für die Erdbebenberechnung von Stahlbetonbau-

werken von Kernkraftwerken haben sich die Me-

thoden, Rechenprogramme und verfügbaren

Rechnerleistungen in den letzten Jahren stark wei-

terentwickelt. Die Finite-Elemente-Modelle und

-Programme erlauben heute eine detaillierte Simu-

lation des räumlichen und des nichtlinearen Ver-

haltens von Stahlbetonbauwerken und Aussagen

über die Tragreserven bis zum Versagen.

Das Commissariat à l'Energie Atomique CEA hat in

Zusammenarbeit mit der Electricité de France EDF

die Vergleichsstudie SMART-2008 initiiert. SMART

steht für Seismic design and best-estimate Me-

thods Assessment for Reinforced concrete buil-

dings subjected to Torsion and non-linear effects.

Im Mittelpunkt des Programms stehen Rütteltisch-

versuche auf dem AZALEE-Rütteltisch der CEA in

Saclay bei Paris. Ein typisches 3-stöckiges Stahlbe-

tonbauwerk mit asymmetrischer Tragstruktur im

Modellmassstab 1:4 wurde auf dem Rütteltisch

unter Erdbebenanregungen untersucht. Die Ver-

suche liefern die Vergleichsdaten für die vorausge-

henden und anschliessenden Modellrechnungen

mit linearen und nichtlinearen Methoden. Am Pro-

gramm beteiligen sich über 30 Expertenteams aus

zahlreichen Ländern.

In einer ersten Phase (2007–2009) wurden als

Wettbewerb Vorausrechnungen durchgeführt. Es

wurden die Bauwerksschwingungen und die Eta-

genantwortspektren mit unterschiedlichen Me-

thoden berechnet, diese untereinander und mit

den Versuchsresultaten verglichen und damit die

Möglichkeiten und Grenzen der Berechnungsme-

thoden aufgezeigt. In einer zweiten Phase (2009–

2010) wurden die Modelle und Methoden auf-

grund der Vergleiche verfeinert und Berechnungen

bis zum Tragwerksversagen durchgeführt, mit Fo-

kus auf die Einflüsse der Unsicherheiten in der An-

regung und in den Modellparametern. Unter Be-

rücksichtigung dieser Unsicherheiten, durch Vari-

ation von Modellparametern, sind Verletzlichkeits-

kurven (Fragilities) berechnet worden. Balser &

Hofmann dokumentierte die Arbeiten und Ergeb-

nisse der Phasen eins und zwei in zwei separaten

Schlussberichten. Der Schlussbericht für die Phase

eins wurde im September 2009, für die Phase zwei

im Dezember 2010 fertig gestellt.

Projektziele des Berichtsjahres

und wichtige Ergebnisse

Vom 15. bis 17. Dezember 2010 fand in Saclay (FR)

der abschliessende Workshop für die Phase zwei

des Projekts SMART 2008 statt. Die Expertenteams

präsentierten die Ergebnisse ihrer Verletzlichkeits-

studien (Fragility-Analysen), die Projektinitianten

CEA und EDF präsentierten erste vergleichende

Auswertungen dieser Ergebnisse. Von den ur-

sprünglich 30 Teams haben nur noch 10 Teams Ver-

letzlichkeitsstudien durchgeführt, wobei nicht alle

dieser 10 Teams sämtliche geforderten Resultate

geliefert haben. Pro Team wurden insgesamt 15

Verletzlichkeitskurven verlangt, unterschieden nach

❚ Versagenskriterien (Gebäudeverschiebungen, Ab-

fall der Eigenfrequenzen und der Steifigkeit),

❚ Erdbebenparametern (Peak ground accelerati-

on PGA, cumulative absolute velocitiy CAV, peak

ground spectral displacement PGD) und

❚ tolerierbaren Bauwerksschäden (leicht, mittel,

schwer).

Soll die Gebäudehülle nach einem Erdbeben noch

dicht bleiben, sind nur geringe Bauwerksschäden

akzeptabel. Gilt jedoch ausschliesslich die Zielset-

zung, einen Gebäudekollaps zu vermeiden, sind

schwere Schädigungen des Bauwerks zulässig. Je

geringer die akzeptierten Bauwerksschäden sind,

desto geringer sind die Erdbebeneinwirkungen,

die zu diesen Schadensbildern führen. Unter An-

nahme von schweren zulässigen Bauwerksschä-

den sind nachfolgend die Kurven für die Versa-

genswahrscheinlichkeiten in Abhängigkeit der ma-

ximalen Baugrundbeschleunigungen (Peak ground

acceleration PGA) dargestellt. Die Linien stellen die

Ergebnisse der Teams in Abhängigkeit verschie-

dener Versagenskriterien dar. Cas 1, Cas 4, Cas 7

sind Versagenskriterien, die sich auf maximal zu-

lässige horizontale Gebäudeverschiebungen be-

ziehen, Cas 10 und Cas 13 unterstellen als Versa-

genskriterium den Abfall der ersten beiden Eigen-

frequenzen respektive indirekt den Abfall der Ge-

bäudesteifigkeit.

Die von den Teams berechneten Verletzlichkeits-

kurven variieren stark. Abbildung 10 zeigt, dass die

Kurven nicht nur abhängig sind von den zulässigen

Gebäudeschäden, sondern insbesondere auch von

der Annahme der Versagenskriterien und der von

den Teams gewählten unterschiedlichen Berech-

nungsmethoden.

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