Seismic vulnerability of reinforced concrete buildings in sliding slopes
Creators: name: Φωτοπούλου, Σταυρούλα Δ.
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2012
Subjects: Κατολίσθηση
Σεισμός
Τρωτότητα
Κατασκευή Οπλισμένου Σκυροδέματος
Landslide
Earthquake
Vulnerability
Reinforced Concrete Structure

description: Οι κατολισθήσεις αποτελούν μία εκ των πιο καταστρεπτικών δευτερευουσών συνεπειών των σεισμών, δεδομένου ότι μπορούν να οδηγήσουν σε σημαντικές άμεσες και έμμεσες απώλειες για τον πληθυσμό και το δομημένο περιβάλλον. Η εκτίμηση του αναμενόμενου βαθμού βλάβης των κατασκευών που υπόκεινται στον κίνδυνο σεισμικώς προκαλούμενων κατολισθήσεων είναι επομένως πρωτίστης σημασίας για τον σχεδιασμό καθώς και την αποτίμηση και μείωση της σεισμικής διακινδύνευσης λόγω των κατολισθήσεων. Λαμβάνοντας υπόψη την γενικότερη έλλειψη αξιόπιστων μεθόδων και πρακτικών για την εκτίμηση της τρωτότητας των κατασκευών λόγω των κατολισθήσεων, καθώς και τις εγγενείς αβεβαιότητες που συνδέονται με αυτές, κύριος στόχος της διατριβής αποτελεί η πρόταση και ποσοτικοποίηση μιας νέας αναλυτικής μεθοδολογίας για την αποτίμηση της τρωτότητας κτιρίων οπλισμένου σκυροδέματος (ΟΣ) που υπόκεινται σε σεισμικώς προκαλούμενες, σχετικά αργές, εδαφικές ολισθήσεις. Σύμφωνα με την προτεινόμενη μεθοδολογία, η βλάβη που προκαλείται από μια αργή, εδαφική ολίσθηση σε ένα κτίριο αποδίδεται στη συσσωρευτική παραμένουσα (ολική ή διαφορική) εδαφική μετακίνηση που περιορίζεται εντός της ασταθούς περιοχής του πρανούς. Η προτεινόμενη μεθοδολογία περιλαμβάνει δύο βήματα από πλευράς αριθμητικών αναλύσεων. Αρχικά εκτιμάται η απαίτηση διαφορικής μετακίνησης στο επίπεδο της θεμελίωσης μέσω ανελαστικής σεισμικής ανάλυσης του συστήματος πρανούς - θεμελίωσης. Η αξιοπιστία του αριθμητικού προσομοιώματος επαληθεύεται μέσω της σύγκρισης των μετακινήσεων στην περιοχή του πρανούς που εξάγονται από τις αριθμητικές αναλύσεις με τις αντίστοιχες μετακινήσεις που υπολογίζονται από εμπειρικές μεθόδους εκτίμησης των μετακινήσεων τύπου Newmark. Στη συνέχεια, η προαναφερθείσα απαίτηση διαφορικής μετακίνησης εισάγεται στη βάση ενός μη-γραμμικού προσομοιώματος της κατασκευής ως καταναγκασμός, ώστε να εκτιμηθεί η αναμενόμενη απόκρισή της. Οι στάθμες βλάβης της κατασκευής ορίζονται με βάση οριακές τιμές παραμορφώσεων των υλικών του ΟΣ. Με βάση την προτεινόμενη μεθοδολογία προτείνονται πιθανοτικές καμπύλες τρωτότητας συναρτήσει της μέγιστης εδαφικής επιτάχυνσης (PGA) και της παραμένουσας εδαφικής μετακίνησης (PGD) μέσω μιας εκτενούς παραμετρικής διερεύνησης και ανάλυσης ευαισθησίας των αποτελεσμάτων, για διάφορους τύπους κατασκευής, εδαφικές συνθήκες και γεωμετρίες πρανούς καθώς και αποστάσεις της θεωρούμενης κατασκευής από την πιθανή κατολίσθηση. Από τις παραμέτρους που αναλύθηκαν, αυτές που φαίνεται να συμβάλλουν περισσότερο στην τρωτότητα της κατασκευής είναι η κλίση του πρανούς σε συνδυασμό με τις εδαφικές συνθήκες. Η επίδραση του ύψος του πρανούς μπορεί επίσης να είναι καθοριστική για τον προβλεπόμενο βαθμό βλάβης της κατασκευής. Η μεθοδολογία επιβεβαιώνεται μέσω της σύγκρισης αντιπροσωπευτικών αναπτυσσόμενων καμπυλών με σχετικές καμπύλες της βιβλιογραφίας και δεδομένα από βλάβες σε περιπτώσεις πραγματικών κατασκευών λόγω κατολισθητικών φαινομένων. Παραδοσιακά, οι μελέτες αποτίμησης της τρωτότητας των κατασκευών αναφέρονται στην αρχική κατασκευή υποθέτοντας ότι αυτή υποβάλλεται σε μια συνεχή πρακτική συντήρησης. Παρόλα αυτά, η πραγματική, δυναμική τρωτότητα των κτιρίων μπορεί να επηρεαστεί σημαντικά από φαινόμενα προοδευτικής γήρανσης των υλικών. Για να γεφυρωθεί αυτό το κενό, η προτεινόμενη προσέγγιση επεκτείνεται ώστε να λάβει υπόψη της την εξέλιξη της τρωτότητας των κατασκευών στο χρόνο, προτείνοντας χρονικά εξαρτώμενες καμπύλες τρωτότητας για κτίρια ΟΣ που εκτίθενται σε σεισμικώς προκαλούμενες κατολισθήσεις, θεωρώντας τη διάβρωση του χάλυβα του οπλισμού ως το βασικό παράγοντα γήρανσης. Παρατηρείται ότι η τρωτότητα των κατασκευών μπορεί να αυξάνει στο χρόνο λόγω του φαινομένου της διάβρωσης.
description: Seismically triggered landslides represent one of the most devastating collateral hazards associated with earthquakes, as they may result in significant direct and indirect losses to the population and built environment. Predicting the expected degree of damage to affected built structures subjected to earthquake-induced landslides is thus important for design, urban planning, and for seismic and landslide risk assessment and mitigation studies. Stemming from the general lack of comprehensive methodologies to assess building vulnerability to slides as well as the inherent uncertainties associated with them, one of the most significant challenges of the present research is the proposition and quantification of a new analytical methodology to estimate the physical vulnerability of reinforced concrete (RC) buildings subjected to earthquake triggered slow-moving slides. According to the suggested method, the damage caused by a slow-moving slide on a single building is attributed to the cumulative permanent (absolute or differential) displacement and it is concentrated within the unstable or moving area. In terms of numerical computations, a two-step uncoupled analysis is performed. In the first step, the differential permanent deformation demand at the building’s foundation level is estimated using a dynamic non-linear slope-foundation model. To verify the reliability of the dynamic analysis results, the computed permanent displacements at the slope area are compared with Newmark-type displacement methods. In the second step, the calculated differential permanent displacements are statically imposed at the building’s nonlinear model at the foundation level to assess the building’s response to differing permanent seismic ground displacements. Structural limit states are defined in terms of threshold values of strains for the RC structural components. Various sets of probabilistic fragility curves are proposed both in terms of peak ground acceleration (PGA) and permanent ground displacement (PGD) based on the suggested methodological framework, via an extensive parametric investigation and sensitivity analysis of various slope geometries, soil properties and distances of the building with respect to the slope’s crown. Τhe slope inclination in conjunction with the slope soil material are proved to be the most influential features on the vulnerability of the building exposed to the seismically induced landslide. The slope height may also greatly influence the building’s fragility. To gain confidence on the proposed methodological framework and the respective fragility functions, representative fragility curves developed in this study are compared with literature ones and recorded building damages from real past events. Traditionally, the structural vulnerability implicitly refers to the intact, as-built structure assuming an optimum plan of maintenance. However, structures deteriorate due to various time-dependent mechanisms such as the progressive aging of materials. To bridge this gap, the proposed approach is also extended to account for the evolution of building vulnerability over time by proposing time-dependent fragility curves for RC buildings exposed to the earthquake -induced landslide hazard, considering corrosion of the steel reinforcement as the main aging mechanism. It is shown that the fragility of the structures may increase over time due to corrosion.