Urban-scale seismic risk assessment of buildings including nonlinear SSI and site amplification effects
Creators: name: Amendola, Chiara M.
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2024
Subjects: Αλληλεπίδραση εδάφους-θεμελιωσης κατασκευής
Εδαφική ενίσχυση
Σεισμική διακινδύνευση μεγάλης κλίμακας
Καμπύλες τρωτότητας
Keywords or Phrases in English
Soil–structure interaction
Site amplification
Large scale seismic risk
Fragility curves

description: Το ενδιαφέρον των ερευνητών για τη σεισμική επικινδυνότητα έχει αυξηθεί σημαντικά, καθώς αποτελεί αναγκαία προϋπόθεση για την επιλογή και τον σχεδιασμό αποτελεσματικών στρατηγικών μείωσης του σεισμικού κινδύνου. Επιπλέον, αποτελεί κρίσιμο παράγοντα για τη διαχείριση κατά τη διάρκεια των έκτακτων καταστάσεων. Σε εφαρμογές μεγάλης κλίμακας, για τη μείωση του υπολογιστικού κόστους, η ανάλυση διακινδύνευσης πραγματοποιείται με την εφαρμογή υφιστάμενων καμπυλών τρωτότητας, όπως αυτές που αναπτύχθηκαν στο πλαίσιο του Global Earthquake Model (GEM). Οι αναλυτικές καμπύλες τρωτότητας που έχουν προκύψει για αναλύσεις μεγάλης κλίμακας ενδέχεται να έχουν εκτιμηθεί χρησιμοποιώντας καταγραφές που δεν λαμβάνουν επαρκώς υπόψη τη διακύμανση του περιεχομένου της συχνότητας και του πλάτους, με το τελευταίο να επιβάλλεται από τις τοπικές γεωτεχνικές και τοπογραφικές συνθήκες. Επιπλέον, σε εφαρμογές μεγάλης κλίμακας, η πολυπλοκότητα που σχετίζεται με τον χαρακτηρισμό του συστήματος εδάφους-θεμελίωσης, σε συνδυασμό με την κοινή πεποίθηση για τις ευεργετικές επιδράσεις της αλληλεπίδρασης εδάφους-κατασκευής (SSI), οδήγησε στην ανάπτυξη και εφαρμογή καμπυλών τρωτότητας με την τυπική θεώρηση πακτωμένης βάσης. Παρόλα αυτά, μια σειρά ερευνητικών προσπαθειών αναγνώρισε τη μεταβολή της τρωτότητας των κατασκευών που θεμελιώνονται σε μαλακό έδαφος σε σύγκριση με την τυπική θεώρηση πακτωμένης βάσης. Μέχρι στιγμής, δεν έχουν ληφθεί υπόψη όλα τα πιθανά σενάρια ανωδομής-θεμελίωσης-εδάφους, γεγονός που καθιστά αμφισβητήσιμη τη συλλογή μιας βάσης δεδομένων και την εφαρμογή της σε μια ενιαία προσέγγιση, όπως απαιτείται, για παράδειγμα, από μια εφαρμογή σε κλίμακα πόλης ή σε περιφερειακό επίπεδο. Η έλλειψη καμπυλών τρωτότητας που να λαμβάνουν υπόψη όλα τα πιθανά σενάρια της αλληλεπίδρασης (SSI), ιδίως σε μεγάλες περιοχές, ή/και η χρήση απλουστευμένων μεθόδων για τη συνεκτίμηση της αλληλεπίδρασης (SSI) με βελτιωμένο τρόπο, δεδομένου ότι η ακριβής μοντελοποίηση είναι πρακτικά αδύνατη, αποτελεί τον κύριο λόγο για τον οποίο η εκτίμηση της διακινδύνευσης γενικά παραβλέπει τις επιδράσεις του SSI. Για το σκοπό αυτό, ο κύριος στόχος της παρούσας εργασίας είναι να προτείνει μια νέα μεθοδολογία (κατάλληλη για εφαρμογές μεγάλης κλίμακας) ώστε να εκτιμηθεί η σεισμική διακινδύνευση διαφόρων κατηγοριών κτιρίων, λαμβάνοντας υπόψη την επιρροή τόσο της αλληλεπίδρασης εδάφους-κατασκευής (SSI) όσο και της εδαφικής ενίσχυσης (Samp).
description: Significant progress has been achieved within the engineering community in compre- hending the seismic behavior of structures, including soil-structure interaction (SSI) and site amplification (SAmp) phenomena. Thus far, the dissemination of this knowledge has been limited to site-specific analyses and has not reached decision-makers or stakehold- ers interested in larger-scale applications. This is mainly due to the lack of a universally accepted and reliable method for incorporating SSI and SAmp effects for large–scale risk analysis applications. The primary concern is that this could potentially preclude the implementation of mitigation policies that ensure a uniform risk for the entire urban population, particularly in regions characterized by soft soil formations. Large-scale risk analyses have traditionally relied on existing fragility curves, often without adequately accounting for local site amplification and soil-structure interaction effects. However, the flexibility of foundations and the influence of local site conditions can result in a sig- nificant margin of error in fragility or loss estimates, particularly for structures situated on soft soil. Incorporating these effects into a comprehensive large-scale vulnerability analysis is complex due to the intricate nature of defining an entire urban system. In light of these challenges, this thesis aims to explicitly assess the seismic risk of struc- tures while considering SSI and SAmp effects. To address this, a novel framework is proposed that accounts for SSI and SAmp influences on risk assessment, suitable for large-scale applications and based on open source software and globally available data. In the proposed modular framework, distinguished by its flexibility and comprehensive- ness, SSI and site amplification are directly included in the resulting fragility curves and an improved taxonomy is adopted for implementation in the OpenQuake software. The application of this approach to estimate seismic risk for Thessaloniki’s building stock, as a representative case of typical Mediterranean countries, highlights the poten- tial inaccuracies inherent in conventional risk assessments, especially in areas with soft soil formations. To promptly support decision makers and stakeholders in achieving a uniform method for risk analysis, which also considers SSI when relevant, a database of fragility curves accounting for SSI and SAmp is provided. Additionally, secondary factors are suggested that can increase or decrease user-defined structural fragility.