Miðbiksmat í byggingarverkfræði - Dipendra Gautam

Heiti ritgerðar: Jarðskjálftasvörun og tjónnæmi bygginga í jarðskjálftum: Sveiflufræðilegir eiginleikar, ástandsmat og líkangerð (On seismic behavior and vulnerability of building structures: Dynamic characterization, condition assessment, and fragility modeling)

Nemandi: Dipendra Gautam

Doktorsnefnd:
Dr. Rajesh Rupakhety, prófessor við Umhverfis- og byggingarverkfræðideild HÍ
Dr. Bjarni Bessason, prófessor við Umhverfis- og byggingarverkfræðideild HÍ
Dr. Hugo Rodrigues, dósent við Háskólann í Aveiro, Portúgal

Ágrip

Jarðskjálftaþol byggingar er háð sveiflufræðilegum eiginleikum hennar, styrk og seiglu sem ræðst af hönnun og gerð mannvirkis. Stífni- og massadreifing innan burðarvirkis stjórna eigintíðnum byggingar sem ásamt sveifludeyfingu og seiglugetu hafa áhrif á jarðskjálftasvörunina. Sveiflufræðilegum eiginleikum bygginga er gjarnan lýst í heimildum og þá gjarnan byggt á einfölduðum og víðtækum (e. global) líkönum. Vegna breytileika í byggingarhefðum og efnisnotkun á milli svæði og landa er hins vegar æskilegt að hafa aðgang að staðbundnum mælingum á raunsveifluhegðun bygginga sem nýta má til að byggja upp reynslusambönd fyrir eiginsveiflutíma sem falla af hæð bygginga og fleiri atriða. Sömuleiðis á svæðum þar sem kröftugir jarðskjálfta eru algengir er gagnlegt að þekkja hvernig sveiflufræðilegt ástand bygginga breytist þegar þær skemmast í jarðskjálftum og eru endurbættar í kjölfarið. Bæði viðfangsefnin verðskulda rannsóknir til að bæta mat á jarðskjálftahegðun mannvirkja. Spálíkön sem lýsa líkindafræðilega áætluðu skemmdastigi bygginga fyrir gefna ákefð yfirborðshreyfingar í jarðskjálfta eru nauðsynleg verkfæri fyrir markmiðsbundna hönnun, frammistöðu mat og við áhættugreiningu. Þessi líkön eru kölluð skemmdaföll (e. fragility curves). Flest slík föll í heimildum er skilgreind án skekkjumats, þó vitað sé að mikil óvissa og breytileiki felst í efniseiginleikum, rúmfræði, byggingarhefðum og fleiri atriðum. Til að glíma við þessi krefjandi viðfangsefni, er í þessari rannsókn stuðst við vettvangsmælingar og sértæka gagnaúrvinnslu til að meta sveiflueiginleika bygginga. Samhliða en óháð, er tölfræðilegum aðferðum beitt á tjónagögn til að þróa skemmdaföll. Í fyrra verkefninu var unnið með skráðar titringstímaraðir frá 206 steinsteyptum járnbentum byggingum og þær notaðar til að þróa sambönd fyrir eiginsveiflutíma sem fall af hæð fyrir mismunandi byggingargerðir. Skekkjumörk í þessum samböndum voru metin með Bayesískum aðferðum. Enn fremur var gerð sérstök kerfisgreining á viðgerðum nýklassískum múrbyggingum, þar sem notaðar voru annars vegar skráðar titringstímaraðir frá skemmdu ásigkomulagi byggingar eftir jarðskjálfta, og hins vegar tímaraðir sem skráðar voru eftir að viðgerð og endurbætur á viðkomandi byggingum höfðu farið fram. Markmiðið var að sýna að endurbæturnar hefðu skilað árangri. Stikaðri og óstikaðri kerfisgreiningu var beitt á tímaraðirnar þar titringsörvunin byggði á umhverfisóróa. Í seinna viðfangsefninu voru þróuð skemmdaföll fyrir byggingar bæði sem eina heild (e. global) en einnig fyrir einstakar ekki berandi einingar í viðkomandi mannvirkjum (handrið, skyggni o.fl.) þar sem stuðst var við tjónagögn eftir jarðskjálfta. Óvissumat var gert með Bayesískum aðferðum, þar sem Markov Chain Monte Carlo (MCMC) hermun var notuð. Lágreist verkfræðilega og ekki verkfræðilega hannaðar byggingar voru skildar að í tvo flokka og skemmdaföll þróuð fyrir hvorn flokk fyrir sig bæði varðandi byggingu sem ein heild og fyrir einstakar einingar. Nýnæmi rannsóknarinnar felst í óvissumati á eiginsveiflutíma-hæðar sambandinu, ákvörðun á sveiflufræðilegum eiginleikum í flóknum byggingum í mismunandi ásigkomulagi, og loks við þróa sérhæfð skemmdaföll sem taka tilliti til breytileika milli bygginga, þar sem beta-binominal líkani er beitt við óvissugreiningu og skekkjumat.