Vulnerability Assessment of Existing Buildings and Structures

Abstract

Vulnerability assessment of cultural heritage assets and unreinforced masonry buildings is important for providing a resilient framework and sustainable reconstruction proposals. Owing to the vulnerability of unreinforced masonry structures to earthquakes, different seismic vulnerability assessment methodologies have been developed and can be classified, based on the scale of application, into: 1) single structure scale 2) building stock scale, and 3) large scale. The thesis was mainly aimed at improving the current methodologies for seismic vulnerability assessment of historical constructions and proposing efficient methods using modern technologies. First, topics related to simplified analytical methods for large-scale seismic vulnerability assessments were reviewed and investigated. Simplified analytical methods are presented for calculating the initial in-plane and maximum lateral strengths of unreinforced masonry walls with openings. The seismic vulnerability of unreinforced masonry buildings at a single-structure scale was investigated using equivalent frame methods. A new macroelement and an open-source graphical user interface were developed. The efficiencies of the different equivalent frame methods were investigated by comparing the results of the nonlinear analysis of various case studies. Moreover, the effect of pulse-like near-field ground motions on the seismic behavior of low-rise unreinforced masonry buildings was evaluated using the proposed macroelement. Finally, the seismic vulnerability assessment of cultural heritage assets, at a single structure scale, using the continuum homogeneous method, was evaluated by emphasizing model calibration based on operational modal analysis and the effect of soil-structure interaction. Two methodologies were proposed for deriving the simulation-based digital twins of historic structures and applied to two case studies. The application of different optimal sensor placement techniques for detecting the optimized location of accelerometer sensors for ambient vibration testing was explored. Furthermore, the effect of pulse-like near-field excitations on the seismic behavior of a masonry arch bridge was studied.

Sårbarhetsvurdering av kulturminner og uarmerte murbygninger som er utbredt i historiske områder er viktig for å gi et robust rammeverk og forslag til bærekraftig gjenoppbygging. På grunn av sårbarheten til uarmerte mur konstruksjoner for jordskjelv, ble forskjellige metoder for vurdering av seismisk sårbarhet utviklet og kan klassifiseres basert på skalaen til applikasjonen i 1-enkeltstrukturskala 2- bygningsmasseskala og 3- storskala. Hovedmålet med denne doktorgradsavhandlingen er å forbedre dagens metodikk for seismisk sårbarhetsvurdering av historiske konstruksjoner og foreslå effektive metoder ved bruk av moderne teknologi. For det første er temaene knyttet til de forenklede analysemetodene for seismisk sårbarhetsvurdering i stor skala gjennomgått og undersøkt. Det ble presentert forenklede analytiske metoder for å beregne den innledende i-planet og maksimal side styrke til uarmerte murvegger med åpninger. Seismisk sårbarhet av uarmerte murbygninger i en enkelt strukturskala er undersøkt ved bruk av tilsvarende rammemetoder. Et nytt makroelement ble utviklet, og et grafisk brukergrensesnitt med åpen kildekode ble laget. Effektiviteten til ulike ekvivalente rammemetoder har blitt undersøkt ved å sammenligne resultatene fra den ikke-lineære analysen av ulike casestudier. Dessuten ble effekten av pulslignende nærfelt-bakkebevegelser på den seismiske oppførselen til lave, uarmerte murbygninger evaluert ved hjelp av det foreslåtte makroelementet. Til slutt ble seismisk sårbarhetsvurdering av kulturminner i en enkelt strukturskala ved bruk av kontinuum homogen metode evaluert ved å vektlegge modellkalibrering basert på operasjonell modal analyse og effekten av jord-struktur interaksjon. To metoder for å utlede de simuleringsbaserte digitale tvillingene til historiske konstruksjoner ble foreslått og brukt på to casestudier. Anvendelsen av forskjellige optimale sensorplasseringsteknikker for å oppdage den optimaliserte plasseringen av akselerometersensorene for å utføre omgivelsesvibrasjonstesting ble utforsket. Videre ble effekten av pulslignende nærfelteksitasjoner på den seismiske oppførselen til en mur buebro studert.