Seismische Risiko? Forschung befasst sich mit Gefahren von Beton Altbauten in USA

Jacqueline Conciatore ist ein Wissenschaftsjournalist für die U.S. National Science Foundation. Trug sie diesen Artikel, um Live Science Experten stimmen: Op-Ed & Einblicke.

Inmitten der schlimmsten US Erdbebengebieten haben eine alarmierende Zahl von älteren, Low-Rise Betonbauten nicht für Erdbebensicherheit nachgerüstet wurde. Diese zweistöckige fünfstöckigen Strukturen können den Baubestimmung Standards des Tages treffen, aber der Tag ist längst vorbei. Heutigen Bauvorschriften später engineering Erdbebenforschung zu reflektieren und strukturelle Elemente, die konkrete Gebäude zu beugen und Strecken ein bisschen während eines Erdbebens zu integrieren. Ältere Ausführungen fehlt diese Details.

"Es gibt Hunderte von Tausenden von Gebäuden, die nicht nachgerüstet, die... sind sehr gefährlich," sagt Statiker Reginald DesRoches, Stuhl und Professor in der Schule von Civil and Environmental Engineering an der Georgia Tech.

Technisch gesehen sind diese älteren, spröde Gebäude "nicht-duktilen Beton" oder "nicht-duktilen Stahlbetonbauten" genannt. (Flexibel, während "Stahlbeton" bezieht sich auf Beton eingebettet mit Material wie Stahlnetz und Bewehrung "Duktil" bedeutet.) Während 7,8 Beben, wie kürzlich in Nepal, können diese Gebäude nicht gut halten – oder überhaupt.

"Vom letzten Erdbeben, wissen wir nicht-duktilen Stahlbetonbauten in Erdbeben auf der ganzen Welt, gut funktioniert nicht", sagte DesRoches, deren Forschung von der US National Science Foundation unterstützt wird. "sie zusammenbrechen."

Einen konkreten Fehler

Nicht-duktilen Betonbau herrschte in den meisten der Vereinigten Staaten bis 1980; Es endete als Staaten und Ortschaften begann neue, verbesserte Duktilität Anforderungen, z. B. mehr eng beieinander liegenden Stahlarmierungen durchzusetzen. Eine Ausnahme bildete der erdbebengefährdeten Westküste, die phasing-out nicht duktil Betonbau in den 1950er Jahren begann.

Obwohl in den letzten Jahrzehnten viele spröde Gebäude nachgerüstet haben, gibt es noch Gebäude, die Gefahren sind. In Los Angeles gibt es mehr als 50 ältere Betongebäude voraussichtlich in ein Haupterdbeben Zusammenbruch nach der "konservativen" Schätzung der Reporter Rong-Gong Lin II, Rosanna Xia und Doug Smith in einem Stück in der Los Angeles Times. Abhängig von der Tageszeit ein Temblor Hit, der Unfall-Liste von diesen 50 kollabiert in den Tausenden sein könnte, sagte sie im Oktober 2013 Bericht.

Auch in erdbebengefährdeten Gebieten können Informationen über die Gebäude scheinen am meisten gefährdet sind schwer zu bekommen sein. In Los Angeles hatte zum Beispiel die Mehrheit der älteren Betonbauten nicht für Erdbebensicherheit geprüft bevor die Times-Bericht heraus kam. Seitdem die Stadt hat begonnen, ältere Betongebäude Inventarisierung und auch diskutiert worden wie eine Retrofit-Programm implementiert. Im Jahr 2014 University of California Forscher gaben Vertreter der Stadt die Adressen von allen nicht-duktilen Betonbauten, die sie in der Stadt identifiziert hatte, und die resultierende Liste ist online. Die Forscher stellten auch fest, dass sie "nicht bestimmen, ob irgendwelche bestimmten Gebäudes eine größere Zusammenbruch Gefahr als andere Gebäude darstellt."

Diese Bestandsaufnahme der Pre-1976 Betonbauten in Los Angeles war Teil eines größeren "NEES Grand Challenge"-Projekts, finanziert durch das NSF-Netzwerk für Erdbeben Engineering Simulation (NEES) Programm. Das Projekt vereint Forscher, Pädagogen, Ingenieure und Politik-Experten entwickeln Strategien zur Identifizierung von gefährlichen ältere Betongebäude und Konfliktlösungsstrategien zu fördern. (NEES ist ein Netzwerk von 15 großen, experimentelle Websites, die verfügen über erweiterte Tools wie Shake Tabellen, Zentrifugen, die Auswirkungen von Erdbeben, einzigartige Labors, eine Tsunami-Welle Becken und Feldversuchen Ausrüstung zu simulieren).

Kurvenreich Gebäude

Ein Sprichwort in der Welt der seismischen Ingenieure ist "Erdbeben töten keine Menschen, Gebäude zu tun." Dies ist ohne Zweifel, warum die US Federal Emergency Management Agency (FEMA) nicht nachgerüstet Gebäude ruft "den größten Einzelbeitrag" Erdbeben-Risiko in den Vereinigten Staaten.

In Nepal, das von dem verheerenden April 25 Erdbeben und Nachbeben erholt, einige Gebäude bestehen aus unbewehrtem Beton, aber die meisten Strukturen es — vor allem in ländlichen Gegenden – bestehen aus unbewehrtem Mauerwerk (URM), DesRoches, sagte. URMs, die aus Ziegel, Adobe oder anderen Materialien Mauerwerk bestehen, sind extrem anfällig bei Erdbeben. Bauvorschriften in den Vereinigten Staaten verbieten soviel so, Neubau dieser Art in Bereichen mit hoher seismischer Aktivität. (Bist du besorgt über eine URM Gebäude, hat FEMA einen Risiko Reduzierung Artikel zur Verfügung.) [Smart Materials verbessern erdbebensicher Brücke Design]

Ein Hauptproblem mit konkreten Altbauten bei Erdbeben ist das Scheitern der tragende Säulen. In neueren Gebäuden haben Spalten mehr und besser platzierte "duktil Details" wie eng beieinander liegenden Stahl Bindungen oder Spirale Verstärkung. Um Altbauten duktileren machen, ist es erforderlich, die Nachrüstung.

Die am häufigsten verwendeten Nachrüstungen konkrete Wandscheiben und belebende Systeme wie Diagonale Stahlarmierungen, sagte DesRoches. Aber diese können teuer sein und erfordern den Einsatz von schweren Maschinen sowie die vorübergehende Evakuierung von Gebäuden.

Mit Unterstützung von NSF, DesRoches Team an der Georgia Tech ist studieren wie duktile Gebäude Verhalten bei Erdbeben und wie Sie die richtigen Nachrüstungen an den richtigen Stellen um Strukturen auf beweglichen Boden intakt zu platzieren.

"Wir wollen, dass sie nicht in eine mittlere bis größere Erdbeben... zusammenbrechen Wir wollen, dass sie sehr wenig Schaden in ein kleines Erdbeben haben,"sagte DesRoches. Oberste Priorität entwickelt Lösungen, die kostengünstig, leicht zu pflegen, und nicht benötigen, Gebäude bei Upgrades geräumt werden. "Dieses Projekt konzentriert sich auf... einen Weg zu finden, die weniger störend als die aktuellen Ansätze versuchen. Das heißt, haben wir nicht vielleicht das Gebäude für Monate oder Jahre, es nachrüsten zu Räumen. Es ändert nicht das Aussehen des Gebäudes drastisch und es ist ziemlich einfach und kostengünstig zu tun. "

Prüfung der nächsten Generation Nachrüstungen

Letztes Jahr hatte Georgia Tech konstruktiver Ingenieurbau und Werkstofflabor eine Full-Scale nicht duktil Betongebäude errichtet um Nachrüstungen zu testen. () Siehe begleitende Video .) Das zweistöckige, 3.000 Quadratmeter große Gebäude ist eine Kopie des Mitte - zu Ende des 20. Jahrhunderts Bau.

"Es ist sehr typisch Bau in Teilen der Westküste vor 1950 und Teile der Ostküste vor 1980. Wir detaillierte es verstärkt es basierend auf genau was zu diesem Zeitpunkt getan werden würde, und was wir kennen, draußen, überall in den USA, "sagte er.

Das Team führte eine Reihe von Tests mit mobilen Shaker aus dem NSF-geförderte Netzwerk für Engineering Erdbebensimulation ausgeliehen. "Wir stellten es auf dem Dach der Struktur und wir es geklemmt. Es stellt eine Last seitlich auf Ihr Gebäude [und] das Gebäude ist tatsächlich erleben, was es bei einem Erdbeben erleben würde."

Die Tests simuliert schütteln entspricht dem von zwei historischen Erdbeben – 1940 El Centro, Kalifornien, Erdbeben und die Northridge Erdbeben 1994.

Das Team des Modells in vier identische Buchten, testen Sie drei verschiedene Nachrüstungen sowie keine Nachrüstung geschnitten. Der erste Umbau war eine Kohlefaser-Jacke entwickelt, um Spalten umschließen und beschränken sie; der zweite war auch ein Kohlenstoff-Wrap mit Fugenmasse zwischen den Wickel und der Spalte. der dritte war ein Roman smart Material DesRoches entwickelt – einen biegsamen Nickel-Titan-Legierung als einer Formgedächtnislegierung bekannt. "Dieses Material kann [durch] eine erhebliche Menge an Hubraum und dann nur Federn gleich wieder gehen", sagte DesRoches. [In der Tragwerksplanung ist weniger mehr]

Die Forscher untersuchten auch eine Bucht ohne jede Nachrüstung, um zu sehen, wie es durchgeführt. Dieser Test war sehr erfolgreich – mussten sie stoppen den Shaker um Zusammenbruch zu vermeiden. "Was wir wussten, dass es wirklich bestätigt,", sagte DesRoches. "Diese Strukturen können nicht viel bewegen."

Im Gegensatz dazu, alle drei nachgerüstete Buchten gut durchgeführt, mit jeder Folge mehr Schutz als die vorherige eine (Carbon Wrap, Carbon Wrap mit Fugenmasse, Formgedächtnislegierung). Die Datenanalyse wird mehr erzählen, aber DesRoches glaubt, was er sah, während der Shake-Tests, dass die Form Speicher Nachrüstung die Festigkeit und Duktilität, bieten wird, aber es wird auch der teuerste Umbau anhand.

DesRoches Studenten analysieren jetzt die große Datenmengen der Modellbau mit Tausenden von Sensoren ausgestattet. Ziel ist es, schaffen eine Auswahl an Nachrüstungen und Gebäude code stellen wie International Code Council (ICC) mit Forschenden Ergebnissen sie verwenden können, um Code zu aktualisieren. Die ICCs

Es wird Zeit für das Forschungsteam abschließen die Ergebnisse bekommen sie dieses Schreiben und Update Gebäude-Codes der ICC oder anderen Einrichtungen und retrofit-Richtlinien dauern – und die Ergebnisse werden von anderen Forschern repliziert werden müssen.

Gebäude-Stärke

Mit einer Auswahl an Nachrüstungen werden bis zu Immobilien-Eigentümer zu bestimmen, welche Art von Leistung sie wollen für ihre Strukturen, die wahrscheinlich eine Funktion der Art des Gebäudes. Ein Krankenhaus zum Beispiel müsste voll funktionsfähig während und nach dem Erdbeben, aber ein Parkhaus würde nicht.

Städte beginnen, die Herausforderung von Erdbeben-proofing Altbauten zu adressieren. San Francisco hat angeordnet, dass alle Holzrahmen Gebäude von fünf oder mehr Einheiten mit "weichen" erste Geschichten bis 2020 nachgerüstet werden.

In Los Angeles drängt Bürgermeister Eric Garcetti staatlichen Gesetzgeber einen Gesetzentwurf zu übergeben, der Steuergutschriften Eigentümern geben würde, die Nachrüstung von Gebäuden. Die Rechnung ist Bestandteil Garcettis Erdbeben Sicherheit Anstrengung, die einen obligatorische Nachrüstungen Vorschlag enthält.

Es gibt mehr als 17.000 ältere Betongebäude in Kalifornien, darunter private Gebäude, Schulen und öffentliche Gebäude, nach einer Forschungsgruppe der konkreten Koalition genannt. Allein in Los Angeles gibt es mehr als 1.000 nach der Koalition.

"Ich denke, viele Leute denken, es gibt nichts, was man über ein Erdbeben als Hoffnung, dass es nicht passiert, während du bist im Gebäude oder während Sie in diesem Bereich leben können", sagte DesRoches. "Ich denke, unser Test und andere Tests haben gezeigt, dass in der Tat gibt es recht unkomplizierte Möglichkeiten, dass Sie eine Struktur, um dieses Verhalten erheblich verbessern nachrüsten können, so dass es entweder Zusammenbruch nicht oder ist noch voll funktionsfähig nach einem Erdbeben. Wir wollen Leben retten, aber wir wollen auch Krankenhäuser, Schulen und Unternehmen so funktionell wie möglich zu halten."

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