Seismic vulnerability analysis using in situ experimental techniques: from the building to the city scale – Application to Grenoble (France)
Vulnérabilité Sismique de l'échelle du bâtiment à celle de la ville - Apport des techniques expérimentales in situ - Application à Grenoble
Résumé
Seismic vulnerability analysis of existing buildings requires basic information on their structural behaviour. In the current methods such as HAZUS or Risk-UE, these parameters are collected by visual screening or estimated among generic values of physical parameters. Even for more complete diagnosis, the experts have to deal with the lack of structural plans, the unknown quality of material, ageing and damaging of the structure. The ambient vibrations of buildings and the modal parameters (frequencies, damping ration and modal shapes) that can be extracted from them naturally include all these parameters in the linear elastic part of their behaviour. The aim of this work is to use this modal information to help the vulnerability assessment.
A linear dynamic modal model based on experimental modal parameters is proposed. A damage threshold for the damage state “Slight” is chosen for each class of building. This model is validated using recordings of earthquakes in a structure with permanent monitoring installed by the French Accelerometric Network. Moreover, the fragility curve corresponding to the damage state “Slight” is build using numerous ground motions.
This methodology is applied to the Grenoble City where ambient vibrations have been recorded in 61 buildings of various types at one point per floor at least. The modal analysis has been performed using the Frequency Domain Decomposition technique that allows to separate close modes. A structural study of each class of building regarding their modal properties is performed and the fragility curves developed using the aforementioned methodology. The seismic risk of the city is finally discussed by performing seismic scenarios.
A linear dynamic modal model based on experimental modal parameters is proposed. A damage threshold for the damage state “Slight” is chosen for each class of building. This model is validated using recordings of earthquakes in a structure with permanent monitoring installed by the French Accelerometric Network. Moreover, the fragility curve corresponding to the damage state “Slight” is build using numerous ground motions.
This methodology is applied to the Grenoble City where ambient vibrations have been recorded in 61 buildings of various types at one point per floor at least. The modal analysis has been performed using the Frequency Domain Decomposition technique that allows to separate close modes. A structural study of each class of building regarding their modal properties is performed and the fragility curves developed using the aforementioned methodology. The seismic risk of the city is finally discussed by performing seismic scenarios.
L'analyse de vulnérabilité sismique du bâti existant nécessite le relevé de paramètres déterminant le comportement dynamique des structures. Dans les méthodes existantes comme HAZUS ou RiskUE, ces informations sont collectées par expertise visuelle ou choisies parmi des valeurs forfaitaires. Même dans le cas d'un diagnostic plus complet, les experts doivent se passer des plans de la structure, estimer la qualité des matériaux utilisés, leur vieillissement voire leur endommagement. Or, les vibrations ambiantes des bâtiments et les paramètres modaux (fréquences propres, amortissements et déformées modales) qui peuvent en être extraits incluent naturellement tous ces paramètres dans leur domaine de fonctionnement linéaire élastique. L'objectif de ce travail est d'utiliser au mieux ces paramètres modaux pour aider au diagnostic de vulnérabilité sismique.
Un modèle modal dynamique linéaire fondé sur les paramètres modaux expérimentaux est proposé. La limite en déformation du premier endommagement a été fixée pour différents types de bâtiments. Ce modèle est notamment validé à l'aide d'enregistrements de séismes à l'Hôtel de Ville de Grenoble, une structure instrumentée par le Réseau Accélérométrique Permanent (RAP). Par ailleurs, la courbe de fragilité correspondant à l'état de dommage "Léger" est développée en utilisant de nombreux mouvements du sol simulés.
Cette méthodologie a été appliquée à la ville de Grenoble où des tests sous vibrations ambiantes ont été menés sur 61 bâtiments. L'analyse modale a été réalisée grâce à la Frequency Domain Decomposition, une méthode qui permet de décomposer les modes, même s'ils sont proches. Une étude structurale de chaque type de bâtiment a été menée à l'aide des paramètres modaux expérimentaux et les courbes de fragilité ont été développées suivant la méthodologie proposée. Le risque sismique de la ville a également été étudié à l'aide de scénarios de séismes, dont les résultats ont été comparés à ceux d'une méthode d'analyse de vulnérabilité empirique.
Un modèle modal dynamique linéaire fondé sur les paramètres modaux expérimentaux est proposé. La limite en déformation du premier endommagement a été fixée pour différents types de bâtiments. Ce modèle est notamment validé à l'aide d'enregistrements de séismes à l'Hôtel de Ville de Grenoble, une structure instrumentée par le Réseau Accélérométrique Permanent (RAP). Par ailleurs, la courbe de fragilité correspondant à l'état de dommage "Léger" est développée en utilisant de nombreux mouvements du sol simulés.
Cette méthodologie a été appliquée à la ville de Grenoble où des tests sous vibrations ambiantes ont été menés sur 61 bâtiments. L'analyse modale a été réalisée grâce à la Frequency Domain Decomposition, une méthode qui permet de décomposer les modes, même s'ils sont proches. Une étude structurale de chaque type de bâtiment a été menée à l'aide des paramètres modaux expérimentaux et les courbes de fragilité ont été développées suivant la méthodologie proposée. Le risque sismique de la ville a également été étudié à l'aide de scénarios de séismes, dont les résultats ont été comparés à ceux d'une méthode d'analyse de vulnérabilité empirique.
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