ارائه روشی جهت محاسبه تاب‌آوری لرزه‌ای و منحنی هزینه-زمان بازسازی مورد‌انتظار ساختمان ها

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

2 دانشیار، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

3 استادیار، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

چکیده

تاب‌آوری لرزه‌ای یک سازه به‌صورت توانایی سیستم در حفظ عملکرد و قابلیت بازگشت سریع سیستم آسیب‌دیده به عملکرد مورد‌انتظار تعریف می‌شود. در این نگرش عملکرد سیستم از طریق یک متغیر تصمیم‌گیری منحصر‌به‌فرد تحت عنوان "تاب‌آوری" که شامل ترکیبی از چندین متغیر (خسارت‌های اقتصادی، تلفات‌جانی، زمان بازسازی و ...) می‌باشد ارزیابی می‌شود. در مطالعه حاضر، روشی جهت محاسبه منحنی هزینه-زمان بازسازی پس از وقوع آسیب و تاب‌آوری لرزه‌ای مورد‌انتظار سازه‌های ساختمانی ارائه شده است. در روش پیشنهادی میزان کاهش در عملکرد سازه متناسب با خسارت‌های اقتصادی مستقیم وارد به سازه و اجزای غیرسازه‌ای درنظر گرفته می‌شود. هزینه و زمان بازسازی المان‌های سازه‌ای و غیر‌سازه‌ای با استفاده از داده‌های کتابخانه‌ای FEMA-P58 استخراج شده و زمان بازسازی کل سازه براساس ترتیب انجام عملیات بازسازی پیشنهادی در دستورالعمل REDi محاسبه می‌شود. در این روش منحنی هزینه-زمان برای بازسازی المان‌های مختلف آسیب‌دیده و همچنین میزان پیشرفت بازسازی سیستم در بازه‌های زمانی مختلف (مسیر بازسازی) قابل محاسبه می‌باشد. شیوه پیشنهادی در نرم‌افزار متلب برنامه‌نویسی شده و بر روی یک ساختمان 9 طبقه با سیستم قاب خمشی فولادی در دو حالت با اتصالات Post-Northridge و Per-Northridge اعمال‌شده و هزینه بازسازی ، زمان بازسازی و تاب‌آوری لرزه‌ای موردانتظار در دو حالت باهم مورد مقایسه قرار گرفته است. نتایج نشان می‌دهد که روش پیشنهادی قابلیت محاسبه کمی‌ و مقایسه تاب‌آوری لرزه‌ای ساختمان‌ها با سیستم‌های سازه‌ای مختلف را به‌طور موثری فراهم می‌سازد. زمان بازسازی کل محاسبه شده مطابق شیوه REDi، اختلافی در حدود 50 الی 80 درصد با زمان بازسازی کل ارائه‌ شده توسط FEMA-P58 دارد و می‌بایست در محاسبه منحنی هزینه-زمان و تاب‌آوری سیستم‌های مختلف مورد‌توجه جدی قرار‌گیرد. همچنین مشاهده می‌شود استفاده از اتصالات Post-Northridge در مقایسه با اتصالات Pre-Northridge موجب کاهش 37% در هزینه‌های بازسازی و 22% در مدت‌زمان بازسازی شده و در نتیجه باعث افزایش تاب‌آوری لرزه‌ای سازه می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

A method for calculating the expected seismic resilience and cost-time recovery curve of buildings

نویسندگان [English]

  • Ali Afzalifard 1
  • KAZEM SHAKERI 2
  • Vahid Jahangiri 3
1 Ph.D. Candidate. Faculty of Engineering, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran
2 Associate Professor Faculty of Engineering, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran
3 Assistant Professor. Faculty of Engineering, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran
چکیده [English]

Seismic resilience of a structure is defined as the ability of the system to maintain its functionality and to quickly return the damaged system to the required functionality. In this approach, system performance is evaluated through a unique decision variable called "resilience" which includes a combination of several variables (economic losses, casualties, reconstruction time, etc.). In the present study, a method for calculating the expected seismic resistance of buildings is presented. In the proposed method, it is assumed that the amount of reduction in the performance of the system is proportional to the direct economic damage to the structural and non-structural elements. The recovery cost and time of the structural and non-structural elements are calculated using FEMA-P58 library data and the reconstruction time of the whole building is calculated based on the order of the proposed reconstruction operations in the REDi instruction. The proposed method is applied to 9-storey buildings with Per-Northridge and Post-Northridge steel moment frames and expected recovery cost, expected recovery time and the expected seismic resilience for the two buildings are compared. The total recovery time according to REDi method is very different from the total recovery time provided by FEMA P58 and should be seriously considered in calculating the cost-time curve and resilience of different systems. It is also observed that using Post-Northridge connections in comparison with Pre-Northridge connections, significantly reduces the recovery costs and time, and thus increases seismic resilience.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Seismic Resilience
  • FEMA P58
  • REDi
  • Recovery time
  • Recovery Cost
  • Expected
[1] Ayyub, B. M. (2015). “Practical resilience metrics for planning, design, and decision making”. ASCE-ASME Journal of Risk and Uncertainty in Engineering Systems, Part A: Civil Engineering, 1(3), 04015008.
[2] ASCE 07-16. (2016). “Minimum design loads for buildings and other structures”. ASCE/Structural Engineering Institute (SEI) 7-16, Reston, VA.
[3] FEMA-356. (2000). Pre-standard and Commentary for the Seismic Rehabilitation of Buildings. American Society of Civil Engineers
[4] ATC-40. (1996). Seismic Evaluation and Retrofit of Reinforced Concrete Buildings. Applied Technology Council
[5] Günay, Selim, and Khalid M. Mosalam. (2013). "PEER performance-based earthquake engineering methodology, revisited". Journal of Earthquake Engineering 17, no. 6: 829-858.
[6] FEMA-P58. (2012). “Seismic performance assessment of buildings”. Federal Emergency Management Agency. Rep. FEMA P-58, Washington, DC.
[7] Cimellaro, Gian Paolo, Andrei M. Reinhorn, and Michel Bruneau. (2010). "Framework for analytical quantification of disaster resilience". Engineering Structures 32.11: 3639-3649.
[8] Bonstrom, Holly, and Ross B. Corotis. (2014). "First-order reliability approach to quantify and improve building portfolio resilience". Journal of Structural Engineering 142.8: C4014001.
[9] Cimellaro, Gian Paolo. (2016). “Urban resilience for emergency response and recovery”. Springer International Publishing, Switzerland.
[10] Tirca, L., Serban, O., Lin, L., Wang, M., & Lin, N. (2015). "Improving the seismic resilience of existing braced-frame office buildings". Journal of Structural Engineering 142.8: C4015003.
[11] Domaneschi, Marco, and L. Martinelli. (2015). "Earthquake-resilience-based control solutions for the extended benchmark cable-stayed bridge". Journal of Structural Engineering 142.8: C4015009.
[12] Hutt, Molina C., Almufti, I., Willford, M., & Deierlein, G. (2015). "Seismic loss and downtime assessment of existing tall steel-framed buildings and strategies for increased resilience". Journal of Structural Engineering 142.8: C4015005.
[13] Sutley, Elaina J., John W. van de Lindt, and Lori Peek. (2016).  "Community-Level Framework for Seismic Resilience. I: Coupling Socioeconomic Characteristics and Engineering Building Systems". Natural Hazards Review 18.3: 04016014.
[14] Sutley, Elaina J., John W. van de Lindt, and Lori Peek. (2016). "Community-Level Framework for Seismic Resilience. II: Multiobjective Optimization and Illustrative Examples". Natural Hazards Review 18.3: 04016015.
[15] Mosalam, Khalid M., et al. (2018) "Performance-based engineering and multi-criteria decision analysis for sustainable and resilient building design." Structural Safety 74 1-13.
[16] Yekrangnia, Mohammad, et al. (2021). "Risk assessment of confined unreinforced masonry buildings based on FEMA P-58 methodology: a case study—school buildings in Tehran." Bulletin of Earthquake Engineering 19.2: 1079-1120.
[17] Anwar, Ghazanfar Ali, and You Dong. (2020). "Seismic resilience of retrofitted RC buildings". Earthquake Engineering and Engineering Vibration 19.3: 561-571.
[18] Eghbali, M., Samadian, D., Ghafory-Ashtiany, M., & Dehkordi, M. R. (2020). "Recovery and reconstruction of schools after M 7.3 Ezgeleh-Sarpole-Zahab earthquake; part II: Recovery process and resiliency calculation". Soil Dynamics and Earthquake Engineering 139: 106327.
[19] Samadian, D., Eghbali, M., Dehkordi, M. R., & Ghafory-Ashtiany, M. (2020). "Recovery and reconstruction of schools after M 7.3 Ezgeleh-Sarpole-Zahab earthquake of Nov. 2017; part I: Structural and nonstructural damages after the earthquake". Soil Dynamics and Earthquake Engineering 139: 106305.
]20[ کلانتری, مهسیما, اقبالی, صمدیان و دلباز. (2021).  “ارزیابی کمی شاخص تاب آوری لرزه ای شهری (مطالعه موردی: مناطق 1 و3 شهر زنجان).”  جغرافیا و مخاطرات محیط10(3)..
]21[ حمیدیا و دلیلی یزدی. (2022). “بررسی کمی تاب‌آوری لرزه‌ای در قاب‌های خمشی فولادی مجهز به میراگرهای لزج غیرخطی تحت زلزله ثانویه.  مهندسی عمران.
[22] Shadabfar, M., Mahsuli, M., Zhang, Y., Xue, Y., Ayyub, B. M., Huang, H., & Medina, R. A. (2022). "Resilience-Based Design of Infrastructure: Review of Models, Methodologies, and Computational Tools". ASCE-ASME Journal of Risk and Uncertainty in Engineering Systems, Part A: Civil Engineering 8.1: 03121004.
[23] Daneshvar, M. H., Saffarian, M., Jahangir, H., & Sarmadi, H. (2022). “Damage identification of structural systems by modal strain energy and an optimization-based iterative regularization method”. Engineering with Computers, 1-21.
[24] Li, Yong, Joel P. Conte, and Philip E. Gill. (2019). "Probabilistic performance-based optimum seismic design framework: illustration and validation". Computer Modeling in Engineering & Sciences 120.3: 517-543.
[25] Almufti, I., and Willford, M. (2013). “Resilience-based earthquake design initiative (REDi) for the next generation of buildings”. ⟨http://publications.arup.com/Publications/R/REDi_Rating_System.aspx⟩
[26] Lignos, Dimitrios G., and Helmut Krawinkler. (2011). "Deterioration modeling of steel components in support of collapse prediction of steel moment frames under earthquake loading". Journal of Structural Engineering 137.11: 1291-1302.
[27] Lignos, D. G., Hartloper, A. R., Elkady, A. and Deierlein, G. G. (2019). "Proposed updates to the ASCE 41 nonlinear modeling parameters for wide-flange steel columns in support of performance-based seismic engineering". Journal of Structural Engineering 145.9: 04019083.
[28] Sepasdar, R., Mo R. Banan, and Ma R. Banan. (2019). "A Numerical Investigation on the Effect of Panel Zones on Cyclic Lateral Capacity of Steel Moment Frames." Iranian Journal of Science and Technology, Transactions of Civil Engineering : 1-10.
[29] Memari, Mehrdad, and Hussam Mahmoud. (2018). "Multi-resolution analysis of the SAC steel frames with RBS connections under fire". Fire Safety Journal 98: 90-108.
[30] Karimi Ghaleh Jough, Fooad, and Serhan Şensoy. (2020)."Steel Moment-Resisting Frame Reliability via the Interval Analysis by FCM-PSO Approach considering Various Uncertainties". Journal of Earthquake Engineering 24.1: 109-128.
[31] Shakeri, K., Khansoltani, E., & Pessiki, S. (2018). “Ground motion scaling for seismic response analysis by considering inelastic response and contribution of the higher modes”. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 110, 70-85.
]32[ شاکری, کاظم و خان سلطانی. (2019).  "مقیاس کردن رکوردهای زلزله براساس مشخصه‌های رفتار غیرخطی سازه‌ها". مهندسی عمران34(4.1), 55-68.‎
[33] Zhang, R., Wang, D., Chen, X., & Li, H. (2022). “Weighted and unweighted scaling methods for ground motion selection in time-history analysis of structures”. Journal of Earthquake Engineering, 26(6), 3148-3183.
[34] FEMA P695. (2009). “Quantification of Building Seismic Performance Factors, FEMA P-695”. prepared by Applied Technology Council for the Federal Emergency Management Agency, Washington, D.C.