Jordskjelvanalyser i FEM-Design og Robot Structural Analysis Professional

Abstract

Dimensjonering for jordskjelv i Norge ble først påkrevd i 2004 da NS 3491-12 ble innført. Regelverket omfattet seismiske laster på konstruksjoner og var gjeldende fram til 2010 da NS-EN 1998-1:2004+NA:2008 tok over. Dimensjoneringen for jordskjelv er, for mange konstruksjoner, både komplisert og tidkrevende. Utviklingen av spesialiserte dataprogrammer har gjort beregningene både enklere og tidsbesparende. Til tross for inntredenen av analyseprogram stilles det fortsatt krav til brukeren både når det gjelder teorien som ligger bak og at dimensjoneringen skjer i henhold til NS-EN 1998-1:2004+NA:2008. I denne oppgaven ble to av de ledende analyseprogrammene FEM-Design og Robot anvendt og sammenlignet. Oppgaven er skrevet i samarbeid med Rambøll, hvor begge programmene blir brukt til jordskjelvanalyser. Formålet med oppgaven var å se nærmere på hvordan dimensjoneringen for jordskjelv foregår i de to programmene. Hovedfokuset var tidsforbruk, brukervennlighet og resultater fra de forskjellige analysene. Det ble utført analyser av to enkle rammekonstruksjoner. Den første rammen var på to etasjer, og for denne ble det undersøkt betydningen av stivheten i dekket (i dette tilfellet bjelken) for konstruksjonens vinkelfrekvens og egenperiode. Analysen ble utført i FEM-Design, Robot og ved håndberegninger. Resultatene viser at for første svingeform reduseres vinkelfrekvensen med nesten 38 prosent ved bruk av realistisk bjelkestivhet i forhold til uendelig stive bjelker. Rammen ble så utvidet til fem etasjer. Her ble tverrkreftene regnet ut for hver etasje ved hjelp av tverrkraftmetoden og modal-responsspektrum analyse. Det viser seg at Robot ikke har det nasjonale tillegget i NS-EN 1998-1:2004 og at FEM-Design ikke korrigerer massen for konstruksjoner over to etasjer og med egenperiode lavere enn 2T_c. Derfor ble det kun gjennomført modal-responsspektrum analyse for rammen. Resultatene samsvarer bra med håndberegningene for begge rammekonstruksjonene. Den mer komplekse konstruksjonen ble modellert i Revit og importert til FEM-Design og Robot. Importen foregår uten problemer i begge programmene. Resultatene fra den modale analysen viser at FEM-Design har lavere effektiv modal masse enn Robot. Kravet på 90 % effektiv modal masse for konstruksjonen ble ikke oppfylt i FEM-Design. Kreftene ble for de 13 bjelkene vi undersøkte, litt over 5 % høyere i FEM-Design enn Robot uten utilsiktet eksentrisitet, og ca 12 % høyere når det tas hensyn til utilsiktet eksentrisitet. Praktiseringen av utilsiktet eksentrisitet er noe som bør ses nærmere på i de to programmene. Forskyvningene viser seg å bli omtrent 1 millimeter større i Robot enn FEM-Design. Analysene i denne oppgaven viser til at FEM-Design er det mest brukervennlige programmet, i tillegg er det noe kjappere og mer stabilt enn Robot. I Robot har brukeren større valgmuligheter og det er også mulig å utføre flere typer analyser enn i FEM-Design, blant annet ikke-lineære analyser.