Probabilistic analysis of the robustness of earthquake resistant steel structures
Author
Nielsen, Jannie
Term
4. term
Education
Publication year
2009
Pages
115
Abstract
Dette projekt undersøger, om konstruktioner, der er dimensioneret til jordskælv, også er robuste. Vi analyserede to 10-etagers stålkonstruktioner med fem sektioner i hver retning: én med excentriske afstivere og én med koncentriske afstivere (to måder at afstive, som fordeler kræfter forskelligt). Begge blev vurderet med pushoveranalyser, en metode hvor konstruktionen belastes gradvist for at kortlægge bæreevne og duktilitet (dens evne til at deformere uden at bryde). Opførslen ved en given grundacceleration blev beregnet ud fra et responsspektrum, som blev reduceret afhængigt af den duktilitet, der blev fundet med pushoveranalysen, efter retningslinjen ATC-40. Robustheden blev vurderet med tre tilgange, for både intakte og skadede konstruktioner: 1) En deterministisk tilgang, der ser på opførsel under statiske og seismiske horisontale laster og undersøger betydningen af duktilitet og materialets hærdning. 2) En probabilistisk tilgang, der indregner aleatoriske (tilfældige) og epistemiske (vidensmæssige) usikkerheder i den årlige svigtsandsynlighed ved jordskælv, og beregner to robusthedsindekser – ét baseret på svigtsandsynlighed og ét på sikkerhedsindeks. 3) En risikobaseret tilgang, der også medtager både direkte og indirekte konsekvenser af svigt. Analyserne viser, at skadede konstruktioner ofte opfører sig anderledes end intakte, fordi energidissiperende mekanismer ikke fungerer som planlagt, når enkelte elementer mangler. Den globale duktile opførsel af skadede konstruktioner har derfor stor betydning for robustheden over for jordskælv, og den strukturelle konfiguration er særlig vigtig. Konklusionen er, at konstruktioner dimensioneret for seismiske påvirkninger ikke automatisk er robuste over for jordskælvslaster; robustheden afhænger af, hvordan konstruktionen er opbygget.
This project examines whether structures designed for earthquake loads are also robust. We analyzed two 10‑story steel structures with five sections in each direction: one with eccentric bracing and one with concentric bracing (two bracing types that distribute forces differently). Both were evaluated using pushover analyses, a method that gradually “pushes” the structure to map its capacity and ductility (its ability to deform without breaking). The response at a given ground acceleration was estimated using a response spectrum, reduced according to the ductility found in the pushover analysis, following the ATC‑40 guideline. Robustness was assessed using three approaches, for both intact and damaged structures: 1) A deterministic approach that considers behavior under static and seismic horizontal loads and examines the influence of ductility and material strain hardening. 2) A probabilistic approach that accounts for aleatoric (random) and epistemic (knowledge‑related) uncertainties in the annual earthquake failure probability, and computes two robustness indices—one based on failure probability and one on a safety index. 3) A risk‑based approach that also includes both direct and indirect consequences of failure. The analyses show that damaged structures often behave differently from intact ones because energy‑dissipating mechanisms do not work as intended when some elements are missing. As a result, the global ductile behavior of damaged structures strongly affects earthquake robustness, and the overall structural configuration is especially important. The conclusion is that designing for seismic effects does not automatically ensure robustness against earthquake loads; robustness depends on how the structure is configured.
[This abstract was generated with the help of AI]
Keywords
Documents