Συμβολή στη σεισμική τρωτότητα και διακινδύνευση συγκοινωνιακών δικτύων σε αστικό περιβάλλον
Creators: name: Αργυρούδης, Σωτήριος Α.
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2010
Subjects: Σεισμική τρωτότητα
Σεισμική διακινδύνευση
Αστικές οδοί
Γέφυρες
Σήραγγες μετρό
Συγκοινωνιακό δίκτυο
Seismic vulnerability
Seismic risk
Urban roads
Bridges
Metro tunnels
Transportation networks

description: Η διατριβή στοχεύει στη διερεύνηση της σεισμικής τρωτότητας και διακινδύνευσης του συγκοινωνιακού δικτύου εντός αστικού περιβάλλοντος, με έμφαση στις οδούς, γέφυρες και σήραγγες μικρού βάθους, αξιολογώντας διαθέσιμες προσεγγίσεις και προτείνοντας νέες. Η πόλη της Θεσσαλονίκης αποτελεί βασικό πεδίο εφαρμογής, χρησιμοποιώντας στοιχεία και σεισμικά σενάρια της αντίστοιχης μικροζωνικής μελέτης. Στο πλαίσιο αυτό, περιγράφονται αρχικά τα γνωρίσματα των μεταφορικών δικτύων και δίνονται βασικοί ορισμοί, γίνεται ταξινόμηση των πιθανών μορφών αστοχίας της κάθε συνιστώσας και προτείνεται ένας κατάλογος απογραφής των στοιχείων που απαιτούνται για την ανάλυση σεισμικής διακινδύνευσης. Παράλληλα γίνεται επισκόπηση των διαθέσιμων μεθοδολογιών αποτίμησης της σεισμικής διακινδύνευσης, συμπεριλαμβανομένων των μεθόδων τυπολογικής κατάταξης, εκτίμησης της τρωτότητας, της σπουδαιότητας, του ρυθμού αποκατάστασης και της σεισμικής επικινδυνότητας. Για τις οδούς εξετάζεται η τρωτότητα λόγω αστοχίας του εδάφους και κατάρρευσης παρακείμενων κτιρίων. Στην πρώτη περίπτωση αξιολογούνται διαθέσιμες καμπύλες τρωτότητας με βάση προηγούμενους σεισμούς του ελλαδικού χώρου. Στη δεύτερη περίπτωση, ταξινομούνται οι πιθανές μορφές κατάρρευσης κτιρίων και συσχετίζονται με το σύστημα δόμησης. Προτείνονται απλοποιημένα γεωμετρικά προσομοιώματα, τα οποία συσχετίζουν το πλάτος κατάρρευσης με το ύψος κτιρίου, ενώ αναπτύσσεται μια πιθανοτική προσέγγιση εκτίμησης του κινδύνου αποκλεισμού ενός τμήματος οδού. Για τις οδικές γέφυρες Ο/Σ παρουσιάζεται τεκμηριωμένη βάση δεδομένων για την περιοχή της Θεσσαλονίκης και προσδιορίζονται συγκεκριμένες κατηγορίες γεφυρών. Ακολουθεί η αξιολόγηση διαθέσιμων μεθόδων αποτίμησης της τρωτότητας, που βασίζονται σε δείκτες τρωτότητας (ερωτηματολόγια) και καμπύλες τρωτότητας. Μέσω επιμέρους εφαρμογών εξετάζεται η επιρροή της σεισμικής επικινδυνότητας, των τοπικών εδαφικών συνθηκών και της μεθόδου εκτίμησης της τρωτότητας. Επίσης, παρουσιάζεται μια εναλλακτική προσέγγιση που περιλαμβάνει τη βαθμονόμηση εμπειρικών καμπυλών με βάση τους δείκτες τρωτότητας. Για τις σήραγγες μικρού βάθους σε αλλουβιακές αποθέσεις προτείνεται μια αναλυτική μεθοδολογία για την χάραξη καμπυλών τρωτότητας, βασισμένη σε αριθμητικές μεθόδους. Η φόρτιση της σήραγγας είναι κινηματικού τύπου, επιβάλλοντας στο σύστημα εδάφους-σήραγγας εδαφικές παραμορφώσεις που προκύπτουν μέσω μονοδιάστατων ισοδύναμων γραμμικών αναλύσεων χρησιμοποιώντας διαφορετικές σεισμικές διεγέρσεις. Η μέθοδος εφαρμόζεται σε τυπικές διατομές σηράγγων (κυκλική και ορθογωνική) και τυπικά εδαφικά προσομοιώματα, τα οποία ταξινομούνται σε κατηγορίες εδάφους Β, C και D σύμφωνα με τον EC8. Ορίζοντας διαφορετικές στάθμες βλάβης προκύπτουν καμπύλες τρωτότητας ως συνάρτηση της μέγιστης εδαφικής επιτάχυνσης στην επιφάνεια του εδάφους. Ορισμένες από τις διαθέσιμες μεθόδους προσδιορισμού της σεισμικής απόκρισης σηράγγων, χρησιμοποιούνται για την αξιολόγηση των αποτελεσμάτων. Η προτεινόμενη μεθοδολογία εφαρμόζεται για τον υπολογισμό της τρωτότητας και σεισμικής διακινδύνευσης του μετρό Θεσσαλονίκης. Σχετικά με τη διαχείριση της σεισμικής διακινδύνευσης περιγράφεται και εφαρμόζεται μια προσέγγιση που στοχεύει στην αποτίμηση και ιεράρχηση της σπουδαιότητας των συνιστωσών του οδικού δικτύου μέσω μιας διαδικασίας βαθμονόμησης της ολικής τους αξίας σε περίοδο κανονικής λειτουργίας, κρίσεως και αποκατάστασης. Επίσης προτείνεται μια προκαταρκτική συσχέτιση της αποκατάστασης των βλαβών με το χρόνο, για τις συνιστώσες του οδικού δικτύου, μέσω κατάλληλων καμπυλών αποκατάστασης. Για την περίπτωση των οδικών γεφυρών, η διακινδύνευση αποτιμάται με οικονομικούς όρους διερευνώντας την επιρροή διαφόρων παραμέτρων αβεβαιότητας. Επιπλέον, με βάση τα αποτελέσματα αποτίμησης της τρωτότητας για το οδικό δίκτυο της Θεσσαλονίκης, γίνεται ανάλυση της αξιοπιστίας συγκεκριμένων διαδρομών από ζώνες συγκέντρωσης πληθυσμού προς νοσοκομεία. Τέλος, με βάση τα παραπάνω προτείνεται ένα γενικό σχήμα δράσεων για τη διαχείριση και μείωση της διακινδύνευσης του οδικού δικτύου.
description: The thesis aims to study seismic vulnerability and risk of transportation network within urban environment, with emphasis to roads, bridges and shallow tunnels, based on the evaluation of existing approaches and the proposal of new ones. The city of Thessaloniki constitutes the basic site for the application of the different approaches, using the data and seismic scenarios from the microzonation study. Along these lines, the characteristics of roadway network are described and basic definitions of seismic risk issues are provided. Potential seismic damage patterns are classified for each component and an inventory catalog is proposed with parameters required for risk analysis. Review of available methodologies for seismic risk assessment includes methods for the classification of typology of each component, the estimation of vulnerability and damage, the assessment of importance, restoration process and seismic hazard. The vulnerability of roads due to ground failure and collapse of adjacent buildings is examined. In the first case, the available fragility curves are evaluated based on experience from past earthquakes in Greece. In the second case, the possible collapse types are classified and correlated with the structural system. Then, simplified geometrical models are proposed, which correlate the width of collapse with the building’s height and a probabilistic approach for the road closure risk assessment is developed. For the bridges, a detailed data base for Thessaloniki area is presented and specific classes are defined. The available methods for the fragility assessment of bridges are evaluated, which are based on vulnerability indices (questionnaires) and analytical or empirical fragility curves. Through different applications, the influence of seismic hazard, soil conditions and assessment method is examined. An alternative approach, which includes the calibration of empirical fragility curves based on vulnerability indices, is also presented. For shallow metro tunnel in alluvial deposits, a simple yet comprehensive methodology is proposed to construct fragility curves, based on numerical approaches. Tunnel response is calculated under quasi static conditions, applying the induced seismic ground deformations, which are calculated through a 1D equivalent linear analysis using different seismic inputs. Typical tunnel cross sections (circular and rectangular) and soil profiles are employed. Defining different damage states, the fragility curves could be derived as a function of the level of peak ground acceleration at the surface, considering the related uncertainties. Available methods for the seismic response analysis of tunnels are used for the evaluation of the numerical results. The proposed methodology and curves are applied for the vulnerability and risk analysis of Thessaloniki metro. Regarding the seismic risk management, an approach that aims to the assessment of importance and “global value” of each element at risk at normal, crisis and recovery period is described. Preliminary damage restoration curves are also proposed for the main components. For the case of bridges, the risk is estimated in terms of economic losses, considering the impact of various parameters of uncertainty. Based on the vulnerability assessment results of Thessaloniki’s road network, a reliability analysis is performed for specific routes. Finally, a general layout for the seismic risk management and mitigation is proposed.