Seismic vulnerability assessment of RC structures based on ambient vibration testing- application study: B22 in Atakoy , Istanbul:
Creators: name: Παπαδημητρίου, Αικατερίνη Κωνσταντίνου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2013
Subjects: Σεισμική Τρωτότητα
Καμπύλες Τρωτότητας
Δοκιμές μικροθορύβου
Vulnerability Assessment
Ambient Vibration Testing
Operational Modal Analysis

description: Earthquake damages are still one of the major causes of material, financial, social and human loss worldwide especially in certain countries like Turkey, Greece and Italy. Most of these losses are the result of damage or collapse of buildings or other structures due strong shaking and induced effects. Seismic hazard assessment and loss estimation are of high importance, particularly for countries exposed in high seismic risk. A key factor to reduce such losses is the better understanding of the seismic response of real structures (including monuments) using several types of monitoring systems. Based on these recordings, engineers can identify the real condition of a structure and optimize the strengthening of existing structures so that future earthquake damage is minimized, while at the same time the information gained will improve the design and construction practices. Specifically, modal identification of structures is a task of major importance since characteristics such as mode shapes and frequencies can be used in order to detect and locate possible damages in the structures. Furthermore, modal properties can be used in order to support the calibration and the validation of the structural analysis numerical models used at the design stage. On this purpose, researchers have developed seismic networks, monitoring systems and software for rapid estimation of earthquake shaking, structure response and losses throughout the Euro-Mediterranean region. Technological developments registered in the fields of sensors and A/D converters as well as the development of wireless communication technology for structural monitoring, resulted in the increase of the structures which are being monitored nowadays. Furthermore, experimental studies on historical monuments, which have been exposed to many earthquakes in the past, could offer important information not only for the seismic health of the monuments, but also for the optimum retrofitting, if necessary, and in general for the seismic history in the region. In this study Ambient Vibration Testing (AVT) is being performed in B22 Building in Istanbul. In this case study, output-only modal identification is performed in a RC high rise building, which is B22 building in Ataköy district in Istanbul. The modal analysis is performed applying two different softwares: MACEC Software and a Matlab code, based on the software for real-time modal identification KOERI-MIDS, developed in Kandilli Observatory and Earthquake Research Institute, Istanbul. In MACEC software both Frequency Domain (Frequency Domain Decomposition Peak Picking) and Time Domain (Stochastic Subspace Identification) techniques are being used. In the Matlab Code the modal frequencies are estimated by using basic signal processing tools such as baseline correction, band-pass filtering, windowing, FFT, and smoothing. Comparison shows that the results from the examined software are in good agreement with each other. Apart from performing an AVT in a complex and very flexible structure and comparing the results from the predefined software, results have been compared with those of the analytical model in the stage of design. In the case of MACEC software, comparison shows that the results are in satisfying agreement with the analytical studies. In the case of MATLAB software, also the results confirm both the analytical results (SAP2000) and the MACEC modal results. The final result of this case study is the derivation of fragility curves for the B22 building. based on the Sap model and performing only linear analysis. The records were used to obtain fragility curves are a set of ground motions from REAKT project but scaled at 3 different stages of Peak ground acceleration (PGA) -used as a common representation of the seismic demand. The maximum structural interstorey drift ratios which were chosen to represent the possibility of damage for this procedure of fragility curves derivation were assessed using a linear time history analysis. It needs to be clarified that in this project, three different levels of the damage state, namely the slight, moderate and complete have been defined of which the numerical inter-story drift ratio limits, , are reproduced in an ascending order in the aforementioned tables, obtained from FEMA HAZUS.
description: Ακόμη και στις μέρες μας, τα σεισμικά φαινόμενα αποτελούν μία από τις κυριότερες αιτίες υλικών, οικονομικών, ανθρώπινων και κοινωνικών απωλειών παγκοσμίως και ιδιαίτερα σε χώρες όπως η Ελλάδα, η Τουρκία και η Ιταλία. Οι περισσότερες από τις παραπάνω απώλειες είναι αποτέλεσμα των βλαβών των κατασκευών ή της κατάρρευσής τους εξαιτίας των σεισμικών δονήσεων ή των φαινομένων που συνδέονται με το σεισμικό γεγονός. Η εκτίμηση της σεισμικής επικινδυνότητας και η εκτίμηση των σεισμικών απωλειών αποτελούν ζητήματα υψίστης σημασίας για χώρες υψηλού σεισμικού κινδύνου. Παράγοντας-κλειδί στην προσπάθεια της διεθνούς επιστημονικής κοινότητας για μείωση των απωλειών πάσης φύσεως λόγω σεισμού αποτελεί η σε βάθος κατανόηση της απόκρισης των υπαρχόντων κατασκευών. Για τον σκοπό αυτόν, έχουν αναπτυχθεί ποικίλοι τύποι συστημάτων καταγραφής απόκρισης. Με την επεξεργασία και την αξιολόγηση των καταγραφών, οι επιστήμονες είναι σε θέση να εξακριβώσουν την πραγματική κατάσταση της κατασκευής και να βελτιστοποιήσουν την ενίσχυση των υπαρχόντων κατασκευών έτσι ώστε στην περίπτωση ενός μελλοντικού σεισμικού γεγονότος να ελαχιστοποιηθούν οι βλάβες τους. Επιπλέον, οι πληροφορίες που παρέχει η επεξεργασία των καταγραφών μπορεί να συμβάλλουν στην εξέλιξη των σχεδιαστικών και κατασκευαστικών πρακτικών. Για αυτό τον σκοπό, οι ερευνητές έχουν αναπτύξει εξελιγμένα συστήματα σεισμικής καταγραφής και το αντίστοιχο λογισμικό υποστήριξης για την άμεση εκτίμηση των σεισμικών δονήσεων, της δυναμικής απόκρισης των κατασκευών καθώς και την εκτίμηση των απωλειών στην ευρύτερη περιοχή της Μεσογείου. Η τεχνολογική εξέλιξη στο πεδίο των αισθητήρων καταγραφής και των συστημάτων μετατροπής του αναλογικού σε ψηφιακό σήμα, όπως επίσης και η ανάπτυξη της ασύρματης τεχνολογίας συνεχούς καταγραφής της δυναμικής απόκρισης των κατασκευών είχαν ως αποτέλεσμα την αύξηση του αριθμού των κτιρίων που είναι υπό συνεχή έλεγχο των αποκρίσεων τους. Επιπλέον πειραματικές μελέτες σε ιστορικά μνημεία, τα οποία έχουν εκτεθεί μέσα στον χρόνο σε σεισμικές δονήσεις αξιόλογης έντασης, έχουν προσφέρει αξιόλογα στοιχεία όχι μόνο για την σεισμική ‘υγεία’ των μνημείων αυτών αλλά και για την σεισμική ιστορία της ευρύτερης περιοχής. Στην διπλωματική αυτή εργασία, πραγματοποιείται η αναγνώριση των δυναμικών χαρακτηριστικών του υψηλού κτιρίου B22 στην περιοχή Ataköy της Κωνσταντινούπολης. Στόχος της εφαρμογής αυτής είναι πέρα από την αναγνώριση των δυναμικών χαρακτηριστικών μιας σύνθετης και πολύ εύκαμπτης κατασκευής, η σύγκριση των αποτελεσμάτων που προκύπτουν με αυτή την μέθοδο από με τα αποτελέσματα που προκύπτουν από αναλυτικά μοντέλα προσομοίωσης του κτιρίου. Για την δυναμική αναγνώριση χρησιμοποιούνται 2 διαφορετικά λογισμικά: το MACEC Software και ένα Matlab-based λογισμικό, το οποίο βασίστηκε στο πρόγραμμα KOERI-MIDS που αναπτύχθηκε στο Kandilli Observatory and Earthquake Research Institute, Istanbul με σκοπό την σε πραγματικό χρόνο αναγνώριση των δυναμικών χαρακτηριστικών των κατασκευών. Το πρώτο διαθέσιμο λογισμικό (MACEC) προσφέρει δυνατότητα της ιδιομορφικής ανάλυσης της κατασκευής, κάνοντας χρήση μόνο των μετρήσεων απόκρισης στο πεδίο των συχνοτήτων και στο πεδίο του χρόνου. Τα αποτελέσματα της επίλυσης στο MACEC αποδεικνύεται ότι είναι σε πολύ καλή συμφωνία και με τα αποτελέσματα του Matlab και τελικά με αυτά των αναλυτικών μοντέλων. Το τελικό αποτέλεσμα της συγκεκριμένης μεταπτυχιακής διπλωματικής εργασίας είναι η παραγωγή των καμπυλών τρωτότητας του 15όροφου κρατικού κτιρίου B22 στην Κωνσταντινούπολη, βασιζόμενοι στο αναλυτικό μοντέλο που έχει αναπτυχθεί στο πρόγραμμα Sap και σε γραμμική ανάλυση. Οι καταγραφές που χρησιμοποιήθηκαν για την ανάλυση ώστε να καταλήξουμε στις καμπύλες τρωτότητας είναι μία ομάδα καταγραφών από το ερευνητικό πρόγραμμα REAKT, αλλά επαυξημένες σε 3 στάδια της σεισμικής επιτάχυνσης PGA , η οποία θεωρείται ότι αντιπροσωπεύει την σεισμική απαίτηση. Τα μέγιστα ποσοστά σχετικών μετακινήσεων που επιλέχθηκαν για να εκφραστεί η πιθανότητα ζημιών κατά την διαδικασία παραγωγής των καμπυλών τρωτότητας υπολογίζονται μέσα από γραμμική ανάλυση χρονοϊστορίας. Τέλος, χρειάζεται να ειπωθεί ότι στη συγκεκριμένη εργασία, χρησιμοποιήθηκαν 3 στάδια βλαβών, ονομαστικά λίγες, μέσες και πλήρεις, και τα ποσοστά σχετικών μετακινήσεων που αντιστοιχούν σε κάθε στάδιο ορίζονται με βάση FEMA-HAZUS.