Damage potential of seismic ground motion considering local site effects

Lang, Dominik H.

The main objective of the present work is to establish a link between the scientific fields of engineering seismology and structural engineering. Substantially it deals with the application and enhancements of methods coming from engineering seismology as well as their junctions to the fields of structural engineering respectively earthquake engineering. Based on real occurred earthquake damage inflicted to multistoried reinforced-concrete frame buildings, the influence of local site effects on the grade of structural damage is worked out. This relying on comprehensive investigations conducted during numerous field missions of German TaskForce after damaging earthquakes in Venezuela and Türkiye. Instrumental investigations on both the structure and its local subsoil in order to identify the damage potential of seismic ground motion take center stage of the thesis. Thereby it is examined whether or not an estimated seismic demand representative in amplitude level and frequency characteristics is able to cause structural damage considering the vulnerability of the structure itself as well as the local site and subsoil conditions. Investigations are concentrated on selected RC frame structures with or without masonry infill walls.

Die Arbeit ordnet sich in die wissenschaftliche Disziplin der Ingenieurseismologie ein. Sie beinhaltet im wesentlichen die Anwendung und Weiterentwicklung ingenieurseismologischer Methoden sowie deren Verbindung zum Bereich des konstruktiven Ingenieurbaus bzw. des Erdbebeningenieurwesens. Auf der Grundlage dokumentierter Erdbebenschäden an ingenieurmäßig ausgeführten Bauwerken wird der Einfluß sogenannter lokaler Standorteffekte („site effects“) auf den Grad der Schädigung untersucht. Die hierfür notwendige Datenbasis instrumenteller Standortuntersuchungen sowie die Dokumentation und Analyse repräsentativer Bauwerksstrukturen wurde im Rahmen der Einsätze der Deutschen TaskForce für Erdbeben erhoben. Diese stützen sich insbesondere auf Feldeinsätze in Venezuela und der Türkei. Im Mittelpunkt der Arbeit steht die Identifikation des Schadenspotentials seismischer Bodenbewegung mittels instrumenteller Standort- und Bauwerksuntersuchungen. Dabei wird im einzelnen untersucht inwieweit eine für den Standort repräsentative seismische Einwirkung fähig ist unter Berücksichtigung der Bauwerksverletzbarkeit und der anstehenden Untergrundbedingungen strukturelle Bauwerksschäden hervorzurufen. Hierbei konzentrieren sich die Untersuchungen auf mehrgeschossige Stahlbeton-Rahmenbauwerke mit und ohne Mauerwerksausfachung. Der wissenschaftliche Ansatz, die durch Erdbeben verursachten Bauwerksschäden über instrumentelle Standortuntersuchungen zu interpretieren, ist Gegenstand einer Reihe unterschiedlicher Forschungsarbeiten. Meist beschränken sich diese auf die Betrachtung des Untergrundes und dessen verstärkenden Effekte auf die seismische Bodenbewegung. Ein überzeugender Nachweis, daß diese Verstärkungseffekte auch tatsächlich für die Bauwerksschäden verantwortlich sind, wurde bis dato nicht erbracht. Vor allem die Berücksichtigung der Bauwerks mitsamt seinen strukturellen Defiziten, die durch Material- und Ausführungsqualität oder durch Entwurfsfehler hervorgerufen werden, kommt hierbei oft zu kurz. Um die potentiell schadenverursachenden Verstärkungseffekte des Untergrundes identifi-zieren zu können stehen eine Reihe unterschiedlicher Methoden und Verfahren zur Verfügung (site response estimation techniques). Dabei wird grundsätzlich zwischen den empirischen Verfahren der Ingenieurseismologie auf meßtechnisch gewonnene Daten und den analytischen Verfahren der Bodendynamik unterschieden. Letztere bedingen detaillierte Informationen zu den einzelnen Bodenschichten (mechanische und dynamische Parameter), die jedoch zeit- und kostenaufwendige Untersuchungen voraussetzen.

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Lang, Dominik H.: Damage potential of seismic ground motion considering local site effects. 2004.

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