Seismic risk assessment of bridges considering soil-structure interaction by means of a frequency - and intensity - dependent order reduction

Abstract

It has been shown that soil-structure interaction (SSI) can lead to a significant alteration of the response of a bridge structure under earthquake loading. The computational demand of such an analysis for the design and assessment of structures, as well as for the evaluation of their life cycle cost and risk exposure has led the civil engineering community to the development of a variety of methods towards model order reduction of the coupled soil-structure dynamic system. Yet no approach was capable of capturing simultaneously the frequency-dependent dynamic properties and the nonlinear behavior of the condensed segment of the overall soil-structure system, thus generating an imbalance between the modeling refinement achieved for the soil and the structure. In the current Thesis the aforementioned limitations are tackled through the development of a complete model order reduction methodology capable of targeting inelastic dynamic systems. The above order reduction method is implemented in a comprehensive computational expert system , developed to account for frequency-dependent soil-structure interaction in the fragility analysis of bridges.

Όπως έχει παρατηρηθεί και στο παρελθόν η αλληλεπίδραση του εδάφους με την ανωδομή μιας κατασκευής γεφυροποιΐας μπορεί να επηρεάσει σημαντικά την απόκριση της κατά την διάρκεια μιας σεισμικής διέγερσης. Έτσι στην πλειοψηφία των περιπτώσεων κρίνεται απαραίτητη η ορθή και λεπτομερής προσομοίωση του φαινομένου αλληλεπίδρασης εδάφους κατασκευής τόσο κατά την διάρκεια του σχεδιασμού οσο και στην διαδικασία αποτίμησης σεισμικής επικινδυνότητας των κατασκευών γεφυροποιΐας. Διάφορες μεθοδολογίες μείωσης τάξης προσομοιώματος έχουν προταθεί με σκοπό την ελαχιστοποίηση του υπολογιστικού κόστους της προσομοίωσης της αλληλεπίδρασης εδάφους - κατασκευής. Ωστόσο οι προαναφερόμενες μεθοδολογίες αδυνατούν να διατηρήσουν το σύνολο των απαραίτητων ιδιοτήτων του ανελαστικού δυναμικού συστήματος με το πέρας της διαδικασίας μείωσης τάξης. Στην παρούσα διδακτορική διατριβή αναπτύσσεται μια ολοκληρωμένη μεθοδολογία μείωσης ανελαστικών δυναμικών συστημάτων αλληλεπίδρασης εδάφους – κατασκευής γεφυροποιΐας η οποία εξαλείφει τους προαναφερόμενους περιορισμούς. Τέλος πραγματοποιείται η υλοποίηση ενός ολοκληρωμένου και ενοποιημένου λογισμικού το οποίο εκτελεί αυτοματοποιημένα την αποτίμηση σεισμικής επικινδυνότητας κατασκευών γεφυροποιΐας με την χρήση της προτεινόμενης μεθοδολογίας μείωσης τάξης προσομοιώματος.