Reliable Seismic Performance Prediction of RC Buildings in the Light of Field Data

Abstract

The prediction of nonlinear earthquake response of buildings, and specifically reinforced concrete buildings, continues to be a challenge. Many methods with different levels of reliability have been developed to reasonably predict the seismic demand and nonlinear behavior of ordinary structures. The predictions of the methods are usually compared with the “exact” results from Nonlinear Response History Analysis (NRHA). In this study, detailed evaluation method predictions determined by NRHA results and some preliminary predictions used in practice are compared with the observed performance records of real structures subjected to strong ground motions. Information on damaged structures was collected from Adapazarı. Using the data describing the real condition and general damage status of the buildings after the earthquake, detailed evaluation methods of EuroCode-8-3, DBYBHY-2007 and TBDY-2018 regulations were applied to reproduce the effects of the 1999 Marmara Earthquake in Adapazarı. According to the NRHA results for the studied buildings, there is no clear conclusion that any of the procedures can reliably predict the performance at nearly all stages of drift. Therefore, considering the intense labor spent on analyses and processing the results, the general seismic performance of the buildings was also evaluated separately with simplified preliminary assessment methods. In contrast to the detailed assessment results, the response of damaged buildings was successfully reproduced with some preliminary assessment procedures. These were classified as moderate or severe damage caused by the ground shaking. The information obtained from lab tests on the seismic behavior of reinforced concrete buildings should be supported by more data obtained from the field. Considering the inconsistencies between the field data and the assessment procedures due to the changes in material properties, geometry, ground motion variations and many other parameters that are usually unavailable, it is clear that the predictive power of these methods should be viewed with more favorable attention.

Keywords

• Nonlinear response
• Seismic response
• Preliminary assessment procedures
• Detailed assessment procedures

Saha Verileri Işığında Betonarme Bina Deprem Performansının Güvenilir Tahmini

Abstract

Binaların ve özelde betonarme binaların, doğrusal olmayan deprem tepkisinin tahmini bir zorluk olmaya devam etmektedir. Sıradan yapıların sismik talebini ve doğrusal olmayan davranışını makul bir şekilde tahmin edebilmek için farklı hassasiyette pek çok yöntem önerilmiştir. Yöntemlerin tahminleri genellikle Doğrusal Olmayan Tepki Geçmişi Analizi’nin (NRHA) “kesin” sonuçlarıyla karşılaştırılır. Bu çalışmada, NRHA sonuçlarına dayalı olarak yönetmeliklerce belirlenmiş detaylı değerlendirme yöntem tahminleri ve pratik olarak kullanılan bazı ön değerlendirme yöntem tahminleri, güçlü yer hareketlerine maruz kalmış gerçek yapıların performans kayıtlarıyla karşılaştırılmıştır. Hasar görmüş yapılarla ilgili bilgiler Adapazarı’ndan toplanmıştır. Deprem sonrasında binaların gerçek durumunu ve genel hasar durumlarını tarif eden verilerden yararlanılarak, EuroCode-8-3, DBYBHY-2007 ve TBDY-2018 yönetmeliklerinin detaylı değerlendirme yöntemleri, 1999 Marmara Depremi'nin Adapazarı'nda yarattığı etkileri yeniden elde etmek amacıyla uygulanmıştır. Çalışılan binalar için NRHA sonuçlarına göre kullanılan hiçbir hesap yaklaşımının her durumda performansı güvenilir bir şekilde tanımlayabileceğine dair net bir sonuç bulunmamaktadır. Bu nedenle, analiz sonuçlarının hesaplanması ve işlenmesi için harcanan yüksek çaba da göz önüne alındığında, binaların genel sismik performansları ön değerlendirme yöntemleri ile ayrıca değerlendirilmiştir. Ayrıntılı değerlendirme sonuçlarının aksine, incelenen hassas binalar bazı ön değerlendirme yöntemleriyle başarıyla değerlendirilebilmiş ve depremin neden olduğu orta veya ağır hasara göre sınıflandırılabilmiştir. Betonarme binaların sismik davranışına ilişkin testlerden elde edilen bilgiler, sahadan elde edilen daha fazla veriyle desteklenmelidir. Malzeme özelliklerindeki değişimler, geometri, yer hareketi varyasyonları ve diğer birçok parametre nedeniyle saha verileri ile değerlendirme prosedürleri arasındaki tutarsızlıklar göz önüne alındığında, bu yöntemlerin tahmin gücü konusunda daha iyimser olunması gerektiği açıktır.

Keywords

• Elastik ötesi davranış
• Deprem davranışı
• Ön değerlendirme yöntemleri
• Detaylı değerlendirme yöntemleri

References

1. AFAD 2023. 6 Şubat 2023 Pazarcık (Kahramanmaraş MW 7.7) ve Elbistan (Kahramanmaraş MW 7.6) depremlerine ilişkin ön değerlendirme raporu. Deprem Dairesi Başkanlığı, Ankara, Türkiye, ss: 12.
2. American Society of Civil Engineers (ASCE). 2000. Prestandard and commentary for the seismic rehabilitation of buildings. FEMA-356, Washington, USA, pp: 518.
3. American Society of Civil Engineers (ASCE). 2007. Seismic rehabilitation of existing buildings. ASCE/SEI-41/06, Virginia, USA, pp: 426.
4. American Society of Civil Engineers (ASCE). 2008. Seismic rehabilitation of existing buildings. ASCE/SEI-41/06 Supplement 1, Virginia, USA, pp: 117.
5. American Society of Civil Engineers (ASCE). 2023. Seismic evaluation and retrofit of existing buildings. ASCE/SEI 41-23, Virginia, USA, pp: 567.
6. Applied Technology Council (ATC). 1996. Seismic evaluation and retrofit of concrete buildings. Report No. SSC 96-01, ATC-40, Volume 1-2, California, USA, pp: 608.
7. Applied Technology Council (ATC). 2005. Improvement of nonlinear static seismic analysis procedures. FEMA-440, ATC-55 Project, California, USA, pp: 390.
8. Bakır BS, Sucuoğlu H, Yılmaz T. 2002. An overview of local site effects and the associated building damage in Adapazarı during the 17 August 1999 İzmit EQ. Bull Seismol Soc Am, 92 (1): 509-526.

9. Chang G, Mander J. 1994. Seismic energy based fatigue damage analysis of bridge columns: Part I – Evaluation of seismic capacity. NCEER Tech. Rep. 94-0006, NY, USA, pp: 226.
10. Chopra AK, Goel RK, Chintanapakdee C. 2004. Evaluation of a modified MPA procedure assuming higher modes as elastic to estimate seismic demands, Earthq Spectra, 20(3): 757-778.
11. Dilsiz A. 2013. Assessment of nonlinear static (pushover) analysis procedures using field experience. PhD. Thesis, Civil Engineering Dept., Middle East Technical University, Ankara, Türkiye, pp: 339.
12. Dilsiz A, Gunay S, Mosalam K, Miranda E, Arteta C, Sezen H, Fischer E, Hakhamaneshi M, Hassan W, ALhawamdeh B, Andrus S, Archbold J, Arslanturkoglu S, Bektas N, Ceferino L, Cohen J, Duran B, Erazo K, Faraone G, Feinstein T, Gautam R, Gupta A, Haj Ismail S, Jana A, Javadinasab Hormozabad S, Kasalanati A, Kenawy M, Khalil Z, Liou I, Marinkovic M, Martin A, Merino-Pe˜na Y, Mivehchi M, Moya L, P´ajaro Miranda C, Quintero N, Rivera J, Rom˜ao X, Lopez Ruiz MC, Sorosh S, Vargas L, Velani PD, Wibowo H, Xu S, Yilmaz T, Alam M, Holtzer G, Kijewski-Correa T, Robertson I, Roueche D, Safiey A. 2023. StEER: 2023 Mw 7.8 Kahramanmaraş, Türkiye Earthq seq preliminary virtual reconnaissance rep (PVRR). DesignSafe-CI, pp: 144. https://doi.org/10.17603/ds2-7ry2-gv66.
13. DBYBHY 2007. Deprem bölgelerinde yapılacak binalar hakkında yönetmelik. Bayındırlık ve İskân Bakanlığı, Ankara, Türkiye, 26454.
14. European Committee for Standardization (EC) 2005. Eurocode 8: Design of structures for earthquake resistance - Part 3: Strengthening and repair of buildings, European Standard, EC-8-3, BS EN 1998–3, Comité Européen de Normalisation, Brussels, Belgium, pp: 81.
15. Fajfar P, Fischinger M. 1987. Nonlinear seismic analysis of RC buildings: Implications of a case study. European Earthquake Engineering, Bull Earthq Eng, 1: 31-43.
16. Gülkan P, Sozen MA. 1999. A Procedure for determining seismic vulnerability of building structures. ACI Struct J, 96 (3): 336-342.
17. Hassan AF, Sözen MA. 1997. Seismic vulnerability assessment of low-rise buildings in regions with infrequent earthquakes. ACI Struct J, 94: 31–39.
18. Kent DC, Park R. 1971. Flexural members with confined concrete. J Struct Eng (NYNY), New York, 97(7): 1969-1990.
19. OpenSees 2010. Open system for earthquake engineering simulation. Version 2.2.1, Pacific Earthquake Engineering Research Center, http://opensees.berkeley.edu.
20. Özcebe G, Yücemen MS, Aydoğan V. 2004. Statistical seismic vulnerability assessment of existing reinforced concrete buildings in turkey on a regional scale. J Earthq Eng, 8 (5): 749-773.
21. Sancio RB, Bray JD, Stewart JP, Youd TL, Durgunoglu HT, Önalp A, Seed RB, Christensen C, Baturay MB, Karadayılar T. 2002. Correlation between ground failure and soil conditions in Adapazari, Turkey. Soil Dyn Earthq Eng, 22 (9-12): 1093–1102.
22. SBB (TC Cumhurbaşkanlığı, Strateji ve Bütçe Başkanlığı) 2023. 2023 Kahramanmaraş ve Hatay depremleri raporu. Ankara, Türkiye, pp: 142. URL: https://www.sbb.gov.tr/wp-content/uploads/2023/03/2023-Kahramanmaras-ve-Hatay-Depremleri-Raporu.pdf [erişim tarihi: Aralık 10, 2024]
23. Scott BD, Park R, Priestley MJN. 1982. Stress-strain behavior of concrete confined by overlapping hoops at low and high strain rates. ACI Struct J, 79 (1): 13-27.
24. TBDY 2018. Türkiye bina deprem yönetmeliği. Afet ve Acil Durum Yönetimi Başkanlığı (AFAD), Ankara, Türkiye, 30364.
25. Yakut A. 2004. Preliminary seismic performance assessment procedure for existing RC buildings. Eng Struct, 26 (10): 1447-1461.
26. Yakut A, Ozcebe G, Yucemen MS. 2006. Seismic vulnerability assessment using regional empirical data. Earthq Eng Struct Dyn, 35: 1187-1202.