Developing Damage Estimation Methods for Different Types of Reinforced Concrete Buildings

Abstract

The main purpose of this study is to develop a damage and loss estimation method for predicting earthquake damage in a possible earthquake. For this purpose; damage probability graphs have been drawn for 11 different types of reinforced concrete structures. In the study, 341 reinforced concrete buildings are grouped according to common features such as number of stories, age of the building, construction quality etc. A total of 11 different building groupings were obtained. All of the buildings are modeled by 3-D computer modeling and each was analyzed by nonlinear pushover analysis. Then, fragility curves for 4 different damage probabilities were plotted for each of the building groups using the data obtained from pushover analysis results. Total of 44 fragility curves were obtained for 11 different building groups. Using the fragility curves obtained by this study, it is possible to estimate the potential damage in any area of the buildings featuring similar characteristics.

Keywords

• Earthquake loss estimation,fragility curves,damage probability,reinforced concrete buildings

Farklı Tip Betonarme Binalar İçin Geliştirilmiş Hasar Tahmin Yöntemleri

Abstract

Bu çalışmanın başlıca amacı; olası bir depremde meydana gelecek hasar ve kayıp olasılıklarını tahmin etmeye yarayan bir hasar tahmin metodu geliştirmektir. Bu amaçla; 11 farklı tip betonarme yapı için hasar olasılık grafikleri elde edilmiştir. Çalışma kapsamında 341 adet betonarme konut binası; yapım yılı, kat adedi ve bina kalitesi gibi ortak özelliklerine göre gruplanmıştır. Toplam 11 farklı bina grubu elde edilmiştir. Binaların tamamı bilgisayar ortamında 3 boyutlu olarak modellenmiş ve her bir bina modeli nonlinear statik itme analizi ile analiz edilmiştir. Ardından, analizlerden elde edilen veriler kullanılarak her bina grubu için 4 farklı hasar olasılığını gösteren kırılganlık eğrileri çizilmiştir. 11 farklı bina grubu için toplam 44 kırılganlık eğrisi elde edilmiştir. Çalışma neticesinde elde edilen eğriler kullanılarak benzer özelliklere sahip binaların yer aldığı herhangi bir bölgedeki olası hasarları tahmin etmek mümkündür.

Keywords

• Deprem hasar tahminleri,kırılganlık eğrileri,hasar olasılıkları,betonarme binalar

References

1. [1] TUBİTAK Türkiye Ulusal Deprem Araştırmaları Programı 2005-2014, Tübitak Yayınları, Ankara, 2005.
2. [2] Uçar, T., Düzgün, M. Betonarme binalar için artımsal itme analizi esaslı analitik hasargörebilirlik eğrilerinin oluşturulması. İMO Teknik Dergi. 2013, (402), 6421-6446.
3. [3] Erdik, M., Doyuran, V., Gülkan, P., Akka , N., (1983). Second Turkish Nuclear Power Plant Site Selection Investigations: A Probabilistic Assessment of the Seismic Hazard in Turkey, Earthquake Engineering Research Center, Middle East Technical University, METU/EERC Report No. 83-01, Ankara.
4. [4] Akkaya, A.D. and Yücemen, M.S., “Stochastic Modeling of Earthquake Occurrences and Estimation of Seismic Hazard: A Random Field Approach”, Probabilistic Engineering Mechanics, 2002, (17), 1-13.
5. [5] Özcebe, G., Yücemen, M.S. and Aydoğan, V., “Statistical Seismic Vulnerability Assessment of Existing Reinforced Concrete Buildings on a Regional Scale”, Journal of Earthquake Engineering, 2004, 8(5), 1-25.
6. [6] Kemec S, Duzgun HSB (2006a) Use of 3D visualisation in natural disaster risk assessment for urban areas. In: Abdulrahman A, Zlatanova S, Coors V (eds) Lecture notes in geoinformation and cartography series, innovations in 3D geo information systems. Springer, New York, pp 557–566
7. [7] Kemec S, Duzgun HSB (2006b) 3-D visualisation of urban earthquake risk, ECI conference: geohazards—technical, economical and social risk evaluation 18–21 June 2006, Lillehammer, Norway
8. [8] Binici, B., Yakut, A., Ozcebe, G., Erenler, A., “Provisions For The Seismic Risk Evaluation Of Existing Reinforced Concrete Buildings In Turkey Under The Urban Renewal Law” Earthquake Spectra, 2015, 31(3), 1353-1370.

9. [9] Yücemen, M. S., “Probabilistic Assessment of Earthquake Insurance Rates for Turkey “, Natural Hazards, 2005, (35) 291-313.
10. [10] Yakut, A., Özcebe, G. and Yücemen, M.S., “Seismic Vulnerability Assessment Using Regional Empirical Data”, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 2006, (35),1187-1202.
11. [11] Askan, A. and Yücemen, M. S., Probabilistic Methods for the Estimation of Potential Seismic Damage: Application to Reinforced Concrete Buildings in Turkey. "Structural Safety", 32, (2010), p.262-271.
12. [12] Duzgun, H. S. B., Yucemen, M. S., Kalaycioglu, H. S., Celik, K., Kemec, S., An Integrated Earthquake Vulnerability Assessment Framework for Urban Areas. "Natural Hazards", 59, (2011), p.917-947.
13. [13] Un, E., Erberik, M. A., Askan, A. Performance assessment of Turkish residential buildings for seismic damage and loss estimation. Journal of Performance of Constructed Facilities. 2015, doi: 10.1061/(ASCE)CF.1943-5509.0000547.
14. [14] Güneyisi, E. M., Şahin, N. D. Viskoelastik sönümleyicili yapilarin hasar potansiyeli eğrilerinin belirlenmesi, 1. Türkiye Deprem Mühendisliği ve Sismoloji Konferansı, 11-14 Ekim, Ankara, 2011.
15. [15] Kayabalı, K., (2002). Modeling of Seismic Hazard for Turkey Using the Recent Neotectonic Data, Engineering Geology, Vol. 63, 221-232.
16. [16] Deniz A (2006) Estimation of earthquake insurance premium rates for Turkey. M.Sc. Thesis, Department of Civil Engineering, METU, Ankara
17. [17] Abo-El-Ezz, A., Nollet, M. J., Nastev, M. Seismic fragility assessment of low-rise stone masonry buildings. Earthquake Engineering and Engineering Vibration. 2013, 12(1), 87-97.
18. [18] Hsieh, M. H., Lee, B. J., Lei, T. C., Lin, J. Y. Development of medium and low rise reinforced concrete building fragility curves based on Chi-Chi Earthquake data. Natural Hazards. 2013. 69(1), 695-728.
19. [19] Lignos, D. G., Karamanci, E. Drift-based and dual-parameter fragility curves for concentrically braced frames in seismic regions. Journal of Constructional Steel Research. 2013, 90(1), 209-220.
20. [20] Casotto, C., Silva, V., Crowley, H., Nascimbene, R., Pinho, R. Seismic fragility of Italian RC precast industrial structures. Engineering Structures. 2015, (94), 122-136.
21. [21] Kırçıl, M. S., Polat, Z. Fragility analysis of mid-rise R/C frame buildings. Engineering Structures. 2006, 28(9), 1335-1345.
22. [22] Afet Riski Altındaki Alanların Dönüştürülmesi Hakkında Kanunun Uygulama Yönetmeliğinde Değişiklik Yapılmasına Dair Yönetmelik, T.C Çevre Ve Şehircilik Bakanlığı, 2013.
23. [23] Mander, J. B., Priestley, M. J. N., and Park, R. (1988). “Theoretical Stress-Strain Model for Confined Concrete.” J. Struct. Engrg., ASCE, 114(8), 1804-1826.
24. [24] Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik, Bayındırlık ve İskan Bakanlığı, Resmi Gazete No: 26454, Ankara, 2007.
25. [25] Quick Guide to HAZUS-MH MR1, Federal Emergency Management Agency, ESRI, California, June 2006.
26. [26] İzmir Deprem Senaryosu ve Deprem Master Planı, İzmir Büyükşehir Belediyesi ve Boğaziçi Üniversitesi, İzmir, 2000.
27. [27] Ansal, A. İstanbul deprem senaryoları. İstanbul Teknik Üniversitesi Vakfı Yayını, Deprem Dosyası. 2003, 66(1), 16-26.
28. [28] Molina, S., User manual for the earthquake loss estimation tool: SELENA, Norsar and Universidad de Alicante, Norsar, October 1, 2010.
29. [29] İnan, E., Çolakoğlu, Z., Koç, N., Bayülke, N., Çoruh, E., (1996). Catalogue of Earthquakes Between 1976-1996 with Acceleration Records, Earthquake Research Department of the General Directorate of Disaster Affairs Publications, Ministry of Public Works and Settlement, Ankara, (in Turkish).
30. [30] Bal, I. E., Crowley, H., Pinho, R., “Displacement-Based Earthquake Loss Assessment for an Earthquake Scenario in Istanbul”, Journal of Earthquake Engineering, 2008, 12(S2), 12–22.
31. [31] Özmen, B., (1999). Iso-intensity map of İzmit earthquake, Earthquake Research Department, General Directorate of Disaster Affairs, Ankara, available on-line in Turkish at http://www.deprem.gov.tr/raporlar.htm.
32. [32] Görgün, E., (2003). Calibration of Various Magnitude Scales in Turkey Using Broadband Data, M.Sc. Thesis, Kandilli Observatory and Earthquake Research Institute, Bogaziçi University, İstanbul.
33. [33] Afet Raporu: “Müdahale,İyileştirme ve Sosyoekonomik Açıdan Van Depremi”, T.C. Başbakanlık Afet ve Acil Durum Yönetimi Başkanlığı, 2014, Ankara.
34. [34] Erdik M., Demircioglu M., Sesetyan K., Durukal E., Siyahi B.,”Earthquake hazard in Marmara region, Turkey, Soil Dynamic Earthquake Engineering, 2004, (24), 605–631
35. [35] Sümer, E., Türker, M., (2004). Building Damage Detection from Post-Earthquake Aerial Images Using Watershed Segmentation in Gölcük, Turkey, Proceedings, 20th International Society for Photogrammety and Remote Sensing Congress: Geo-Imagery Bridging. Continents, Commission 7, 642-647, İstanbul.
36. [36] Özmen, B., “17 Ağustos 1999 İzmit Körfezi Depreminin Hasar Durumu (Rakamsal Verilerle)”, TDV/DR 010-53, Türkiye Deprem Vakfı, 2000.
37. [37] Sünbül, A. B., Dağdeviren, U., Gündüz, Z., Arman, H., “1999 Marmara Depremi Sonrası Adapazarı Şehir Merkezi Hasar Durumlarının Analizi Ve Depremin Ekonomik Boyutu”, TMMOB Afet Sempozyumu, 5-7 Aralık 2007, Ankara.
38. [38] “Van Depremi Hasar Tespit Raporu” TMMOB Mimarlar Odası, 20 Ocak 2012, Ankara.
39. [39] Mıddle East Technıcal Unıversıty Earthquake Engıneerıng Research Center “23 Ekim 2011 Mw 7.2 Van Depremi Sismik Ve Yapısal Hasara İlişkin Saha Gözlemleri” Rapor No: METU/EERC 2011-04, Kasım 2011, Ankara.
40. [40] Gürbüz, A. (2015) Manisa'daki perdeli ve perdesiz betonarme konut yapılarının deprem performansının belirlenmesi ve hasar olasılık eğrilerinin çizilmesi, Doktora Tezi, Manisa Celal Bayar Üniversitesi, Manisa.