Сеизмичка повредљивост и робусност конструкција армиранобетонских(АБ) зграда

Abstract

Предмет овог рада је анализа сеизмичке повредљивости и робусности конструкција армиранобетонских (АБ) зграда. Анализирани су одговори три конструкције АБ зграда при земљотресном дејству, и за усвојене сценарије уклањања вертикалних носећих елемената и/или делова елемената у приземној етажи. Прорачунима је обухваћена анализа конструкција за дејства у вертикалном правцу (робусност конструкције) и у хоризонталном правцу (сеизмичка отпорност система). Компаративном анализом су утврђене разлике, предности и недостаци одабраних модела за анализу одговарајућих конструктивних система зграде. При анализи сеизмичког одговора конструкција зграда, примењене су методе нелинеарне статичке анализе (НСА, енг. nonlinear static analysis – NSA) и нелинеарне динамичке анализе (НДА, енг. nonlinear dynamic analysis – NDA). НСА је примењена при анализи одговора система са уклоњеним вертикалним елементима и изворног система конструкције. НДА је примењена при анализи одговора изворног система конструкције. При анализи робусности зграда, примењена је метода НДА, а резултати су искоришћени ради прорачуна кривих повредљивости. Конструкције су прорачунате и димензионисане према сету Предмет овог рада је анализа сеизмичке повредљивости и робусности конструкција армиранобетонских (АБ) зграда. Анализирани су одговори три конструкције АБ зграда при земљотресном дејству, и за усвојене сценарије уклањања вертикалних носећих елемената и/или делова елемената у приземној етажи. Прорачунима је обухваћена анализа конструкција за дејства у вертикалном правцу (робусност конструкције) и у хоризонталном правцу (сеизмичка отпорност система). Компаративном анализом су утврђене разлике, предности и недостаци одабраних модела за анализу одговарајућих конструктивних система зграде. При анализи сеизмичког одговора конструкција зграда, примењене су методе нелинеарне статичке анализе (НСА, енг. nonlinear static analysis – NSA) и нелинеарне динамичке анализе (НДА, енг. nonlinear dynamic analysis – NDA). НСА је примењена при анализи одговора система са уклоњеним вертикалним елементима и изворног система конструкције. НДА је примењена при анализи одговора изворног система конструкције. При анализи робусности зграда, примењена је метода НДА, а резултати су искоришћени ради прорачуна кривих повредљивости. Конструкције су прорачунате и димензионисане према сету АБ зграде са три различита конструктивна система и из аспекта различитих сценарија уклањањавертикалних елемената и резултата добијених применом различитихметода за процену повредљивости.

Predmet ovog rada je analiza seizmičke povredljivosti i robusnosti konstrukcija armiranobetonskih (AB) zgrada. Analizirani su odgovori tri konstrukcije AB zgrada pri zemljotresnom dejstvu, i za usvojene scenarije uklanjanja vertikalnih nosećih elemenata i/ili delova elemenata u prizemnoj etaži. Proračunima je obuhvaćena analiza konstrukcija za dejstva u vertikalnom pravcu (robusnost konstrukcije) i u horizontalnom pravcu (seizmička otpornost sistema). Komparativnom analizom su utvrđene razlike, prednosti i nedostaci odabranih modela za analizu odgovarajućih konstruktivnih sistema zgrade. Pri analizi seizmičkog odgovora konstrukcija zgrada, primenjene su metode nelinearne statičke analize (NSA, eng. nonlinear static analysis – NSA) i nelinearne dinamičke analize (NDA, eng. nonlinear dynamic analysis – NDA). NSA je primenjena pri analizi odgovora sistema sa uklonjenim vertikalnim elementima i izvornog sistema konstrukcije. NDA je primenjena pri analizi odgovora izvornog sistema konstrukcije. Pri analizi robusnosti zgrada, primenjena je metoda NDA, a rezultati su iskorišćeni radi proračuna krivih povredljivosti. Konstrukcije su proračunate i dimenzionisane prema setu Predmet ovog rada je analiza seizmičke povredljivosti i robusnosti konstrukcija armiranobetonskih (AB) zgrada. Analizirani su odgovori tri konstrukcije AB zgrada pri zemljotresnom dejstvu, i za usvojene scenarije uklanjanja vertikalnih nosećih elemenata i/ili delova elemenata u prizemnoj etaži. Proračunima je obuhvaćena analiza konstrukcija za dejstva u vertikalnom pravcu (robusnost konstrukcije) i u horizontalnom pravcu (seizmička otpornost sistema). Komparativnom analizom su utvrđene razlike, prednosti i nedostaci odabranih modela za analizu odgovarajućih konstruktivnih sistema zgrade. Pri analizi seizmičkog odgovora konstrukcija zgrada, primenjene su metode nelinearne statičke analize (NSA, eng. nonlinear static analysis – NSA) i nelinearne dinamičke analize (NDA, eng. nonlinear dynamic analysis – NDA). NSA je primenjena pri analizi odgovora sistema sa uklonjenim vertikalnim elementima i izvornog sistema konstrukcije. NDA je primenjena pri analizi odgovora izvornog sistema konstrukcije. Pri analizi robusnosti zgrada, primenjena je metoda NDA, a rezultati su iskorišćeni radi proračuna krivih povredljivosti. Konstrukcije su proračunate i dimenzionisane prema setu AB zgrade sa tri različita konstruktivna sistema i iz aspekta različitih scenarija uklanjanjavertikalnih elemenata i rezultata dobijenih primenom različitihmetoda za procenu povredljivosti.

The subject of this paper is the analysis of seismic fragility and robustness of structures of reinforced concrete (RC) buildings. Seismic responses of three RC buildings were analysed. Structural responses for the adopted scenarios of the removal of vertical load-bearing elements and/or parts of the elements in the ground floor were analysed as well. The calculations include the structural analysis for vertical actions (robustness of the structure), and for horizontal actions (seismic resistance of the system). The differences, advantages and disadvantages of selected models for the analysis of appropriate structural systems of the buildings are established with the comparative analysis. In the analysis of the seismic response of the buildings, the methods of nonlinear static analysis (NSA) and nonlinear dynamic analysis (NDA) were applied. NSA was applied in the analysis of the system’s response with the removal of vertical elements scenarios and with the original structural systems. NDA was applied in the seismic analysis of the original structural system. In the robustness analysis, the NDA method was applied, and the results were used to calculate the fragility curves. The structures are calculated and designed according to a set ofregulations of European standards (EN 1990). To analyse the behaviour of the system in the post-elastic zone, models with nonlinear material characteristics were formed. Fiber plastic hinge models of the structural elements are described with nonlinear stress-strain material relationship of each fiber. There is 2327 in model M1, 2363 in M2, and 3031 plastic hinges in M3, which multiplied by the number of fibers in each of the cross sections, in which stress-strain values are calculated, using nonlinear analysis methods, represents a very complex hardware and time consuming problem. Pushover analyses were conducted for a total of 40 scenarios of removal of individual columns or RC wall boundary elements, which makes a total of 320 pushover analyses on the models with the removed structural elements. All models were analysed for the two alternative load distribution cases (mass-proportional and modal). To study the behaviour of the structures, when the vertical elements or their part is removed, the NDA method was applied, and 40 analyses and 40 pushdown analyses were performed to study the structural response. For the calculation of the fragility curves, an additional 12 pushdown analyses with the walls removal in the ground floors were performed. When applying NDA in the seismic analysis of the original systems, 720 TH analyses were performed (240 per model), with 10 selected and scaled accelerograms. For the analysis of the horizontal response of structures, damage states are defined based on the guidelines given in the HAZUS, VISION 2000, FEMA 356, EN1998-3 and RISK-UE codes/projects. For the vertical response analysis of the structures, limit states were defined based on the guidelines and research results of Parisi, Brunesi and their associates. Based on the obtained results, fragility curves were calculated, using the methods of mathematical probability and statistics. The scope and influence of the removal of structural elements and parts of the elements, on the behaviour of structural systems for the adopted scenarios, were analysed. Based on extensive research that was performed, using different methods, performance and criteria, a model for the assessment of seismic fragility and robustness of RC buildings has been proposed.The results of the RC buildings response, were compared for thethree different adopted structural systems. The results are also compared fromthe aspect of the vertical elements removal scenarios and from the aspect ofthe results obtained by applying different analysis and calculation methods for the assessment of fragility.