Schubtragverhalten von altem unbewehrtem Mauerwerk unter seismischer Belastung
Authors: Zimmermann Thomas , Strauss Alfred 
Published: August 2012

Die Bestimmung der Sicherheit von altem Mauerwerk gegen Erdbeben ist mit zahlreichen Unsicherheiten behaftet. Hierbei kommt es neben dem Widerstand der Struktur und den seismischen Einwirkungen vor allem auf die konstruktiven Details an. Deshalb sind das Verhalten von Mauerwerk unter seismischer Belastung und die damit verbundenen Auswirkungen auf die Tragfähigkeit von hohem Interesse.

Die bauliche Gestaltung, um Erdbeben zu widerstehen, basiert in der Regel auf der Kombination aus Erfahrung und modernem Ingenieurwissen sowie auf experimentellen Untersuchungen. Normalerweise wird der erdbebengerechte Entwurf eines Gebäudes anhand struktureller Anforderungen und durch Berechnungen nach dem gültigen Normenstand (Eurocode 8) erreicht. Eine Vielzahl an Forschung und experimentellen Untersuchungen in Hinblick auf das seismische Verhalten von Mauerwerk wurde in den letzten Jahrzehnten unternommen. Dabei wurden neue Methoden für die Gestaltung und zur Evaluierung der Erdbebensicherheit entwickelt. Dennoch beziehen sich Untersuchungen und Methodiken hauptsächlich auf neue Ziegel. Im Falle von neuem Mauerwerk können die erforderlichen Kriterien nach Eurocode 8 (EC 8) i. d. R. sehr leicht erfüllt werden. Bei Bauwerken aus altem Mauerwerk ist es hingegen mitunter schwierig, die Anforderungen des EC 8 zu erfüllen, ohne zusätzliche Verstärkungsmaßnahmen zu treffen. Dies gilt insbesondere für die gängigen linearen Berechnungsmethoden, da hierbei nichtlineares Materialverhalten, Energiedissipation etc. nur global durch einen Faktor berücksichtigt werden.

Um diese charakteristischen Materialparameter zu ermitteln, wurden experimentelle Untersuchungen an kleinen und großen unbewehrten Wandscheiben aus Mauerwerk durchgeführt. Das Ziel dieser Arbeit ist die Präsentation und Diskussion der experimentellen Untersuchungen und die Kalibrierung eines nichtlinearen Materialmodells mit den gewonnenen Materialparametern. Abschließend erfolgt die Bewertung der Erdbebentragfähigkeit eines bestehenden Wohnhauses im Rahmen einer Finite‐Elemente‐Berechnung mithilfe der Kapazitätsspektrum‐Methode.

Shear behaviour of old unreinforced masonry walls under seismic loading

The determination of the safety of old masonry structures against earthquakes is a complex challenge. For instance it depends on the resistance of the structure, the seismic action and on many of uncertain structural details. Therefore the seismic impact itself and the behaviour of masonry under seismic loads is of high interest.

The design of masonry structures, to resist earthquakes is normally a combination of experience and modern engineering knowledge, which is based on experimental research. Normally the design of a building is released in order to structural requirements and the seismic resistance which is verified by calculations according to valid standard, i.e. in Europe, Eurocode 8 (EC 8). A lot of research and experimental work has been done in seismic behaviour of masonry structures in the last decades. Thereby new methods for seismic resistance evaluation and design, as well as new seismic resistant technologies and construction systems have been developed. Nevertheless these research studies and methods are mainly focused on new brick material. In case of new masonry structures the criteria against earthquake impacts, according to EC 8 standard, can be easily fulfilled. On the other side it is rather difficult to fulfill the EC 8 demands and reliability requirements for old masonry structures and heritage buildings without adequate strengthening.

Laboratory tests on large unreinforced masonry walls have been performed to determine characteristic material parameters, like energy dissipation, stiffness, available resistance capacity and behaviour factor of old masonry. Based on these investigations a material model was calibrated for further numerical assessments. Finally the material model was used for the evaluation of the earthquake resistance of a typical residential masonry building. Thereby a finite element model was used. The objective of this paper is to present and discuss the experimental program as well as results of these tests and numerical application, using capacityspectrum‐method.