Date of Award
11-2016
Document Type
Thesis
Degree Name
Master of Science in Civil Engineering (MSCE)
Department
Civil and Environmental Engineering
First Advisor
Dr. Aman Mwafy
Arabic Abstract
يعتبر التعريف الدقيق لمعايير تقييم الأداء الإنشائي (Performance limit states) على مستوى العناصر والهيكل الإنشائي كاملاً، مع الأخذ بعين الاعتبار نماذج الفشل الهش، أمراً ضرورياً للوصول إلى أنظمة فعالة لتقدير الخسائر المحتملة من الزلازل للمباني الخرسانية المسلحة. وبالتالي فإنه في هذه الدراسة قد تم تقييم نماذج التنبؤ بفشل القص التي تتضمن التأثير المتبادل بين القص والقوى المحورية وكذلك المطلوبة على مقاومة القص (Shear Supply) تحليلياً وعملياً، وذلك لاختيار نماذج معتمدة لتقييم أوجه الضعف (Vulnerability Assessment) للمباني الخرسانية المسلحة القديمة والحديثة. نماذج مقاومة القص لكل من الأعمدة وجدران القص تم استخدامها بعد المرور بمراحل متعددة من المعالجة لمراقبة العلاقة بين مقاومة القص واجهاده (Shear supply-demand) أثناء المحاكاة الديناميكية متعددة الخطوات. ولقد تم اختيار عشرة مبانٍ تمثل المنشآت الخرسانية المسلحة القديمة والحديثة في المناطق كثيفة السكان والنشطة زلزالياً بدولة الإمارات العربية المتحدة، والتي تم اختيارها كحالة دراسة لتمثيل المناطق الزلزالية المتوسطة الخطورة. المباني القديمة تم تقييمها باستخدام زلازل ناشئة عن صدوع قريبة وبعيدة، بينما تم التحقق من سلوك المباني الحديثة تحت تأثير حركات أرضية أفقية وكذلك حركات أرضية أفقية ورأسية معاً. بناءً على نتائج محاكاة الاستجابة الديناميكية غير المرنة للمباني القديمة، خلصت الدراسة إلى أن تأثير تقييم القص على معايير الأداء الإنشائي هو أكثر وضوحاً على المباني ذات جدران القص مقارنة بالمباني ذات الإطارات، وخصوصاً الهياكل الإنشائية ذات الجدران متوسطة الارتفاع نسبياً. بالنسبة لهذا النوع من المباني، فقد تم ملاحظة التأثير العالي للقص على النتائج التي تم الحصول عليها من سيناريوهات الزلازل الناشئة من الصدوع البعيدة والقريبة على حد سواء. أما بالنسبة للهياكل الإنشائية الحديثة، فإن تأثير تقييم القص على معايير الأداء هو أكثر وضوحاً تحت تأثير الحركات الأرضية الأفقية والرأسية، وخاصة للمباني ذات الجدران متوسطة الارتفاع. كما أكدت النتائج أن احتمالات تلف المباني القديمة والحديثة تزداد مع انخفاض ارتفاع المبنى، اعتماداً على طبيعة الهياكل الإنشائية والسيناريوهات الزلزالية. إن معايير تقييم الأداء الإنشائي تم اختبارها واستخدامها لاشتقاق مجموعة واسعة من علاقات الهشاشة (Fragility Relationships) للمباني المرجعية العشرة، وذلك باستخدام سيناريوهات مختلفة من الزلازل.
عكست نتائج الدراسة التحليلية الحاجة الملحة لاختبار تأكيدي لتقديم مزيد من الإيضاحات بشأن استجابة القص بالنسبة للأجزاء الخرسانية المسلحة تحت تأثير الأحمال الديناميكية، وكذلك بشأن نماذج مقاومة القص المناسبة لدراسة أوجه الضعف بالمنشآت. وبالتالي فإنه تم إجراء اختبار باستخدام منصة الزلازل الهيدروليكية (Shake Table) لعينة خرسانية مسلحة ضعيفة بالقص تمثل نظام الإطار (Framing System) لمبنى قديم، وقد تم إخضاع العينة لأربعة مستويات متزايدة الشدة من الحركة الزلزالية الناشئة عن صدع بعيد. نتائج اختبار العينة على المنصة الهيدروليكية تم مقارنتها مع تلك التي تم الحصول عليها من محاكاة الاستجابة الديناميكية، وتم التأكد من النتائج الواسعة لاختبار المنصة الهيدروليكية ارتكازاً على نماذج مقاومة القص التي تم اعتمادها في هذه الدراسة. ولقد أظهرت نتائج الاختبارات أن أول مؤشر لفشل القص حدث في الأعمدة المحتوية على نسبة أعلى من التسليح الطولي وذلك عند تعرضها لثمانية أضعاف الزلزال التصميمي. كما أن النتائج المتطابقة التي تم الحصول عليها من كل من اختبار المنصة الهيدروليكية ومحاكاة الاستجابة الديناميكية تثبت صحة معايير تقييم الأداء الإنشائي وتؤكد موثوقية علاقات الهشاشة التي تم التوصل إليها في هذا البحث لتقدير خسائر الزلازل للمباني الخرسانية المسلحة في دولة الإمارات العربية المتحدة.
Recommended Citation
Ayman Al Murad, Bashir Mohamed, "Assessment of Shear Prediction Models for Seismic Loss Estimation of Concrete Buildings" (2016). Civil and Environmental Theses. 5.
https://scholarworks.uaeu.ac.ae/civil_enviro_theses/5
Arabic Comments
مفاهيم البحث الرئيسية: فشل القص، اختبار منصة الزلازل الهيدروليكية، تقييم أوجه الضعف، مبانٍ خرسانية مسلحة قديمة، هياكل إنشائية حديثة، محاكاة ديناميكية غير مرنة، دولة الإمارات العربية المتحدة.
Comments
The precise definition of performance limit states at both the member and structure levels, considering brittle failure modes, is essential to arrive at reliable earthquake loss estimation systems for reinforced concrete (RC) buildings. A wide range of shear failure prediction approaches that account for the impacts of shear axial interaction and flexural ductility on shear supply are thus assessed analytically and experimentally in this study, aiming at selecting verified models for the vulnerability assessment of pre-seismic code and code-conforming RC buildings. The shear supply models of both columns and shear walls are implemented in a versatile post-processor to monitor the shear supply-demand response during multi step dynamic simulations. Ten reference structures are adopted to represent pre-code and modern RC buildings in the highly populated and seismically active areas of the UAE, which is selected as a case study to represent medium seismicity regions. The pre-code structures are assessed using a diverse range of far field and near-source seismic events, while the vulnerability of code-conforming buildings is investigated under the effect of horizontal ground motions only (HGMs) as well as both horizontal and vertical ground motions (HVGMs). Based on the extensive inelastic dynamic response simulations of the pre-code buildings, it is concluded that the influence of shear assessment on the performance limit states is more pronounced on shear wall structures compared with frame buildings, particularly for relatively medium-rise wall structures. For this class of buildings, the impact of shear response on the results obtained from both far field and near-source earthquake scenarios is observable. For code-conforming structures, the impact of shear assessment on the performance limit states is more observable under the effect of HVGMs, particularly medium-rise wall structures. The results confirmed that the damage probabilities of both pre-seismic code and modern buildings increase with decreasing the building height. Therefore, earthquake scenario-structure-based limit state criteria are selected and used to derive a wide range of fragility relationships for the ten reference buildings using different earthquake scenarios. The results of the analytical study reflected the pressing need for confirmatory testing to provide further insights into the shear response of RC members under cyclic loading and the suitable shear strength models for the vulnerability assessment. Shake table testing is thus conducted for shear vulnerable RC specimen representing the framing system of a substandard building. The specimen is subjected to a far-field earthquake record with four increasing intensity levels. The shake table test results of the specimen are compared with those obtained from dynamic response simulations. It is confirmed from the comprehensive shake table results that the first indication of shear failure is detected in the columns provided with the higher longitudinal reinforcement ratio at eight times the design PGA, which is well predicted by the shear strength approaches adopted in this study. The consistent results obtained from both the shake table testing and dynamic response simulations verify the adopted limit states and confirm the reliability of the developed fragility curves in this study for the seismic loss estimation of the RC building inventory in the UAE.