Earthquake Risk Assessment of Historical Structures

Urban, Marcel

In dieser Arbeit wird die volle Risikobewertungskette für historische Mauerwerkskirchen behandelt. Nach der Definition wesentlicher Komponenten des Risikomanagements und einleitender Bemerkungen über unterschiedliche Arten von Risiken sowie ihrer Beschreibung, werden die Themen der Gefährdungs- und Vulnerabilitätsanalyse, der Schadensbeschreibung, der Ermittlung von Verlusten und der Vergleich von Risiken behandelt. Im ersten Schritt werden dazu die Korrelationen von unterschiedlichen Erdbebenintensitätsparametern mit dem auftretenden Bauwerksschaden bestimmt. Die Ergebnisse werden für die Bestimmung der Auftretenswahrscheinlichkeit wichtiger Erdbebencharakteristika genutzt. Basierend auf Makroelementen wird anschließend die Vulnerabilität des Bauwerkes ermittelt. Eine detaillierte Studie bezüglich des Einflusses von Last und Materialparametern auf den Schaden wird mittels nichtlinear dynamischer Analysen durchgeführt. Darauf aufbauend, werden die numerischen Berechnungsergebnisse mit den in der Europäischen Makroseismischen Skala definierten, diskreten Schadensstufen verknüpft. Diese Verbindung erlaubt die Vorhersage von möglichen Verlusten, die anhand einer größeren Datensammlung abgeleitet werden können. Auf Grundlage der Daten werden Risikoklassen und Bedeutungsfaktoren eingeführt, welche für den Risikovergleich von ähnlichen Bauwerken genutzt werden können. Die Arbeit schließt mit einem ersten Vorschlag, wie kulturelle, soziale und historische Verluste in der Risikoanalyse berücksichtigt werden können. Mit dieser Methode können Erdbebenrisiken mit einer Vielzahl anderer Risiken, wie zum Beispiel Sport- oder Gesundheitsrisiken verglichen werden. Des Weiteren können Verluste von Extremereignissen prognostiziert, Prioritäten in der Bauwerksinstandsetzung gesetzt und Richtlinien für Entscheidungsgeber zur optimalen Finanzinvestition gegeben werden.

In this work, the full risk assessment chain for historical masonry churches is covered. After a definition of the major components of risk management and introductory remarks about different types of risks and their description, research addresses the tasks of hazard assessment, vulnerability assessment, damage description, estimation of losses and the comparison of risks. In the first step, the correlation of different earthquake intensity parameters with the structural damage is analysed. The results are used to determine the occurrence probabilities of significant earthquake characteristics. Based on the macroelement approach, the structural vulnerability is then assessed. A detailed study concerning the influence of load and material parameters and their influence on the damage occurrence using nonlinear dynamic simulations is performed. In the next step, the continuous numerical results are connected to the discrete damage grades defined in the European Macroseismic Scale. This link enables the prediction of possible losses, which are derived from a larger data collection. According to the database, risk classes and importance factors are obtained, which can be used to compare the risk of similar structures. Finally, the thesis concludes with a first proposal to include losses of cultural, social and historical values in the risk assessment. By this method, it is possible to compare the earthquake risk of historical structure to diverse kinds of other risks, such as sport or health risks. The method enables engineers to describe possible losses of extreme events, helps to determine priorities in reinforcing churches and offers guidelines for decision makers to focus financial investments.

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Urban, Marcel: Earthquake Risk Assessment of Historical Structures. 2006.

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