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Behaviour of reinforced concrete frames with decoupled masonry infills with openings under seismic loading = Verhalten von Stahlbetonrahmen mit entkoppelten Mauerwerksausfachungen mit Öffnungen unter seismischer Belastung
2026
Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2026
Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University
Genehmigende Fakultät
Fak03
Hauptberichter/Gutachter
; ;
Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2026-06-12
Online
DOI: 10.18154/RWTH-2026-07604
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/1039984/files/1039984.pdf
Einrichtungen
Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
earthquake (frei) ; elastomer (frei) ; in-plane load (frei) ; interaction (frei) ; out-of-plane load (frei)
Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 624
Kurzfassung
Stahlbetonrahmenkonstruktionen mit Mauerwerksausfachungen kommen weltweit in vielen erdbebengefährdeten Regionen häufig zum Einsatz. Feldbeobachtungen nach Erdbeben haben jedoch wiederholt gezeigt, dass ihre seismische Leistungsfähigkeit unzureichend ist. In der traditionellen Baupraxis werden Mauerwerksausfachungen mit Mörtel fest mit dem umgebenden Stahlbetonrahmen verbunden. Unter seismischer Einwirkung führt diese starre Verbindung jedoch zu einer unbeabsichtigten Wechselwirkung zwischen Rahmen und Ausfachung. Dies führt häufig zu schweren Schäden an nichttragenden und tragenden Elementen und in einigen Fällen sogar zum Einsturz des gesamten Bauwerks, wodurch erhebliche menschliche und wirtschaftliche Verluste entstehen. Diese Dissertation befasst sich mit der Erdbebenanfälligkeit von Stahlbetonrahmen mit Mauerwerksausfachungen durch die Entwicklung einer innovativen Entkopplungsstrategie und kombinierte experimentelle und numerische Untersuchungen. Im ersten Teil der Arbeit wird das seismische Verhalten traditionell ausgefüllter Stahlbetonrahmen untersucht. Dazu werden experimentelle Tests an neun Stahlbetonrahmen in Originalgröße mit traditionellen Mauerwerksausfachungen durchgeführt. Dabei werden verschiedene Konfigurationen mit und ohne Fenster- und Türöffnungen separat sowie kombiniert mit Belastungen innerhalb und außerhalb der Ebene beaufschlagt. Die Ergebnisse zeigen die nachteiligen Auswirkungen der Wechselwirkung zwischen Belastungen innerhalb und außerhalb der Ebene, insbesondere bei traditionellen Mauerwerksausfachungen mit Öffnungen. Darüber hinaus wird der Einfluss der Qualität der Mörtelverbindung zwischen Ausfachung und Rahmen auf das seismische Verhalten kritisch bewertet. Der zweite Teil der Arbeit konzentriert sich auf die Weiterentwicklung und Optimierung des INODIS-Entkopplungssystems. Die vorgeschlagene Lösung nutzt Elastomer Profile, die zwischen der Mauerwerksausfachung und dem Stahlbetonrahmen installiert werden, um schädliche Wechselwirkungen zwischen Rahmen und Ausfachung zu mindern. Das System ist so konzipiert, dass es die Aktivierung der Ausfachung auf höhere Driftwerte in der Ebene verzögert und gleichzeitig die Stabilität außerhalb der Ebene gewährleistet. Die Materialeigenschaften und die Scherkapazität des Entkopplungssystems werden zunächst in Tests mit kleinen Proben ermittelt. Anschließend wird die Wirksamkeit des Systems durch experimentelle Tests an neun Stahlbetonrahmen in Originalgröße mit entkoppelten Mauerwerksausfachungen mit und ohne Öffnungen validiert, die separaten und kombinierten Belastungen innerhalb und außerhalb der Ebene ausgesetzt werden. Ein direkter Vergleich mit herkömmlichen Ausfachungen zeigt eine deutliche Verbesserung der Erdbebensicherheit durch den Einsatz des Entkopplungssystems. Darüber hinaus wird ein dreidimensionales Finite-Elemente-Modell verwendet, um die experimentellen Ergebnisse zu erweitern. Nach der Validierung des numerischen Modells anhand experimenteller Tests wird eine umfassende parametrische Studie durchgeführt, um das Verhalten von Stahlbetonrahmen mit entkoppelten Mauerwerksausfachungen mit verschiedenen Öffnungstypen, -größen und -positionen in der Ebene zu untersuchen. Die numerischen Ergebnisse bestätigen die Effizienz der vorgeschlagenen Entkopplungsstrategie für alle untersuchten Konfigurationen. Schließlich werden auf der Grundlage der Ergebnisse der parametrischen Studie und in Übereinstimmung mit der zweiten Generation des Eurocode 8 praktische Leitlinien formuliert, um eine zuverlässige und wirksame Entkopplung von Mauerwerksausfachungen von Stahlbetonrahmen zu gewährleisten.Reinforced concrete (RC) frame structures with masonry infills are widely used in many earthquake-prone regions worldwide. However, post-earthquake field observations have repeatedly demonstrated their unsatisfactory seismic performance. In traditional construction practice, masonry infills are rigidly connected to the surrounding RC frame using mortar. Under seismic excitation, this rigid connection induces unintended frame-infill interaction, which frequently results in severe non-structural and structural damage, and, in some cases, structural collapse, thereby causing significant human and economic losses. This dissertation addresses the seismic vulnerability of masonry infilled RC frames through development of an innovative decoupling strategy and combined experimental and numerical investigations. The first part of the thesis investigates the seismic behaviour of traditionally infilled RC frames. Experimental tests on nine full-scale RC frames with traditional masonry infills, including configurations with and without window and door openings, are conducted under separate and combined in-plane and out-of-plane loading. The results reveal the adverse effect of the interaction between in-plane and out-of-plane loads, especially in traditional masonry infills containing openings. In addition, the influence of the quality of the mortar frame-infill connection on seismic behaviour is critically assessed. The second part of the thesis focuses on the further development and optimization of the INODIS decoupling system. The proposed solution employs elastomeric profiles installed between the masonry infill and the RC frame to mitigate detrimental frame-infill interaction effects. The system is designed to delay infill activation to higher in-plane drift levels while ensuring out-of-plane stability. The material characteristics and shear capacity of the decoupling system are first determined in the small-specimen tests. Subsequently, the effectiveness of the system is validated by means of experimental tests on nine full-scale RC frames with decoupled masonry infills, with and without openings, subjected to separate and combined in-plane and out-of-plane loads. Direct comparison with traditionally infilled counterparts demonstrates a significant improvement in seismic performance due to the application of the decoupling system. Furthermore, a three-dimensional finite element model is employed to extend the experimental findings. After validation of the numerical model against experimental tests, a comprehensive parametric study is conducted to investigate the in-plane behaviour of RC frames with decoupled masonry infills with various opening types, sizes and locations. The numerical results confirm the efficiency of the proposed decoupling strategy across all investigated configurations. Finally, based on the results of the parametric study, and in alignment with the second generation of Eurocode 8, practical guidelines are formulated to ensure reliable and effective decoupling of masonry infills from RC frames.
OpenAccess: 
PDF
(additional files)
Dokumenttyp
Dissertation / PhD Thesis/Book
Format
online, print
Sprache
English
Externe Identnummern
HBZ: HT031566216
Interne Identnummern
RWTH-2026-07604
Datensatz-ID: 1039984
Beteiligte Länder
Germany
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