[EN] This thesis proposes a method for assessing the seismic vulnerability of the residential building in Valencia, understood according to the definition of Sandi (1983), and prediction of damage to buildings in terms of seismic intensity. With this aim, we have studied different methods of analysis of vulnerability and damage to the building, ranging from the simplest based on visual observation to others involving the use of computer applications for estimating capacity and demand curves models using push-over. Given the complexity of the models of the behavior of buildings under earthquake and scattering observations recorded earthquakes in history, none of these methods is able to provide a satisfactory predicting expected damages under any circumstances. Therefore, we maintain a reliable estimate of the seismic vulnerability of buildings should be based on the correlation results or combination of different methods. For this purpose, first, we have presented the state of the art on evaluation methods available. Then we characterized the Valencian housing stock and identified their most representative building types. From this description, we estimated the expected damage in these buildings according to their situation and the intensity of the earthquake, by applying the general methods of assessment and, in the case of a particular building representative, the application of models push-over. Finally, we compared the results obtained and we discussed possible strategies correlation and interpretation of different methods. / [ES] Esta tesis propone un método de evaluación de la vulnerabilidad sísmica de la edificación residencial valenciana, entendida de acuerdo con la definición de Sandi (1983), y de predicción de los daños en las construcciones en función de la intensidad sísmica. Con este objetivo, hemos estudiado diferentes métodos de análisis de vulnerabilidad y daños en la edificación, abarcando desde los más sencillos basados en la observación visual hasta otras que impliquen la utilización de aplicaciones informáticas para la estimación de las curvas de capacidad-demanda mediante modelos push-over. Teniendo en cuenta la complejidad de los modelos de aproximación al comportamiento de los edificios sometidos a sismo y la dispersión en las observaciones registradas en terremotos históricos, ninguno de estos métodos es capaz de ofrecer una predicción satisfactoria de los daños esperados en cualquier circunstancia. Por ello, sostenemos que una estimación fiable de la vulnerabilidad sísmica de los edificios debe basarse en la correlación o combinación de resultados de diferentes métodos. Con este objetivo, en primer lugar, hemos presentado el estado del arte sobre los métodos de evaluación disponibles. A continuación, hemos caracterizado el parque inmobiliario valenciano e identificado sus tipos edificatorios más representativos. A partir de esta caracterización, hemos estimado el daño esperado en estos edificios en función de su situación y de la intensidad del sismo, mediante la aplicación de los métodos generales de evaluación y, en el caso de un edificio particular y representativo, la aplicación de modelos push-over. Por último, hemos comparado los resultados obtenidos y hemos discutido posibles estrategias de correlación e interpretación de los diferentes métodos. / [CA] Aquesta tesi proposa un mètode d'avaluació de la vulnerabilitat sísmica de l'edificació residencial valenciana, entesa d'acord amb la definició de Sandi (1983), i de predicció dels danys en les construccions en funció de la intensitat sísmica. Amb aquest objectiu, hem estudiat diferents mètodes d'anàlisi de vulnerabilitat i danys en l'edificació, abastant des dels més senzills basats en l'observació visual fins a d'altres que impliquen la utilització d'aplicacions informàtiques per a l'estimació de les corbes de capacitat-demanda mitjançant models push-over. Tenint en compte la complexitat dels models d'aproximació al comportament dels edificis sotmesos a sisme i la dispersió en les observacions registrades en terratrèmols històrics, cap d'aquests mètodes és capaç d'oferir una predicció satisfactòria dels danys esperats en qualsevol circumstància. Per això, sostenim que una estimació fiable de la vulnerabilitat sísmica dels edificis ha de basar-se en la correlació o combinació de resultats de diferents mètodes. Amb aquest objectiu, en primer lloc, hem presentat l'estat de l'art sobre els mètodes d'avaluació disponibles. A continuació, hem caracteritzat el parc immobiliari valencià i identificat els seus tipus edificatoris més representatius. A partir d'aquesta caracterització, hem estimat el dany esperat en aquests edificis en funció de la seua situació i de la intensitat del sisme, mitjançant l'aplicació dels mètodes generals d'avaluació i, en el cas d'un edifici particular i representatiu, l'aplicació de models push-over. Finalment, hem comparat els resultats obtinguts i hem discutit possibles estratègies de correlació i interpretació dels diferents mètodes. / Iborra Posadas, J. (2016). ESTIMACIÓ DE LA VULNERABILITAT SÍSMICA D'UNA ZONA RESIDENCIAL I PREDICCIÓ DEL SEU DANY ESPERAT EN FUNCIÓ DE LA INTENSITAT SÍSMICA [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/62592

The effectiveness of seismic retrofitting applied to enhance seismic performance was assessed for a five-story reinforced concrete (RC) flat-slab building structure in the central United States. In addition to this, an assessment of seismic fragility that relates the probability of exceeding a performance level to the earthquake intensity was conducted. The response of the structure was predicted using nonlinear static and dynamic analyses with synthetic ground motion records for the central U.S. region. In addition, two analytical approaches for nonlinear response analysis were compared. FEMA 356 (ASCE 2000) criteria were used to evaluate the seismic performance of the case study building. Two approaches of FEMA 356 were used for seismic evaluation: global-level and member-level using three performance levels (Immediate Occupancy, Life Safety and Collapse Prevention). In addition to these limit states, punching shear drift limits were also considered to establish an upper bound drift capacity limit for collapse prevention. Based on the seismic evaluation results, three possible retrofit techniques were applied to improve the seismic performance of the structure, including addition of shear walls, addition of RC column jackets, and confinement of the column plastic hinge zones using externally bonded steel plates. Finally, fragility relationships were developed for the existing and retrofitted structure using several performance levels. Fragility curves for the retrofitted structure were compared with those for the unretrofitted structure. For various performance levels to assess the fragility curves, FEMA global drift limits were compared with the drift limits based on the FEMA member-level criteria. In addition to this, performance levels which were based on additional quantitative limits were also considered and compared with FEMA drift limits.

The effectiveness of seismic retrofitting applied to enhance seismic performance was assessed for a five-story reinforced concrete (RC) flat-slab building structure in the central United States. In addition to this, an assessment of seismic fragility that relates the probability of exceeding a performance level to the earthquake intensity was conducted. The response of the structure was predicted using nonlinear static and dynamic analyses with synthetic ground motion records for the central U.S. region. In addition, two analytical approaches for nonlinear response analysis were compared. FEMA 356 (ASCE 2000) criteria were used to evaluate the seismic performance of the case study building. Two approaches of FEMA 356 were used for seismic evaluation: global-level and member-level using three performance levels (Immediate Occupancy, Life Safety and Collapse Prevention). In addition to these limit states, punching shear drift limits were also considered to establish an upper bound drift capacity limit for collapse prevention. Based on the seismic evaluation results, three possible retrofit techniques were applied to improve the seismic performance of the structure, including addition of shear walls, addition of RC column jackets, and confinement of the column plastic hinge zones using externally bonded steel plates. Finally, fragility relationships were developed for the existing and retrofitted structure using several performance levels. Fragility curves for the retrofitted structure were compared with those for the unretrofitted structure. For various performance levels to assess the fragility curves, FEMA global drift limits were compared with the drift limits based on the FEMA member-level criteria. In addition to this, performance levels which were based on additional quantitative limits were also considered and compared with FEMA drift limits.

En este trabajo se presenta un estudio numérico de la vulnerabilidad sísmica de edificios de muros delgados construidos en Perú. Estos edificios se vienen construyendo desde hace unas décadas, especialmente para viviendas de bajo coste (por economía y rapidez de construcción).Este estudio se centra en los casos más comunes, los cuales no suelen exceder las cinco plantas; las luces son reducidas, habitualmente hasta 5 m, y no suelen haber sótanos; los muros tienen 10 cm de espesor y su armadura consiste en una única capa de malla electrosoldada, con algunas barras adicionales de 12 mm de diámetro en los extremos. Las losas tienen, en general, 12 cm de canto; la cimentación suele consistir en una losa de 20 a 25 cm de espesor apoyada sobre terreno mejorado. No existen pilares, siendo los muros los únicos elementos sustentantes; en las fachadas éstos se suelen conectar a la altura de cada planta mediante vigas de acoplamiento de unos 50 cm de altura, sin características sismorresistentes adecuadas. Las densidades de muros en cada dirección oscilan entre 2% y 5%, con algunas excepciones; los muros en direcciones perpendiculares suelen estar conectados entre sí. La resistencia característica del hormigón es 17,5 MPa y la calidad global de la construcción es, en general, aceptable. Estos edificios han sido proyectados de acuerdo con la normativa peruana, cuyos requerimientos, a pesar de contener prescripciones específicas para estos edificios, podrían resultar insuficientes para garantizar un nivel adecuado de seguridad frente a las acciones sísmicas esperadas. Por otra parte, otras circunstancias hacen que la vulnerabilidad de estos edificios parezca ser excesivamente elevada: (i) la ductilidad de los muros es limitada, (ii) los resultados experimentales disponibles son insuficientes y (iii) no existe experiencia acerca del comportamiento de estas construcciones para movimientos sísmicos de elevada severidad. Dada la preocupación que ha surgido en torno a este tipo de edificios, en Perú se han efectuado algunos ensayos, tanto sobre muros aislados como sobre conjuntos de muros y losas unidos; los resultados de estos ensayos se utilizan en este trabajo.Para llevar a cabo la investigación, se han seleccionado siete edificios representativos ubicados en su mayoría en la ciudad de Lima, que corresponde a la zona de mayor peligrosidad sísmica.Los períodos naturales han sido identificados a partir de trabajo de campo, determinándose también la resistencia del hormigón mediante pruebas esclerométricas. El estudio numérico de la vulnerabilidad de estas construcciones consiste en efectuar análisis estáticos no lineales ("push-over") y análisis dinámicos también no lineales, comparándose las conclusiones derivadas de ambos. Dada la elevada rigidez horizontal de los edificios, se ha tenido en cuenta la interacción entre el suelo y la estructura. El comportamiento estructural de los edificios se describe mediante modelos de fibras, éstos se implementan en el programa PERFORM-3D. Los estados límites de daño han sido definidos a partir de los resultados experimentales disponibles en Perú. Los acelerogramas considerados en los análisis dinámicos se pueden agrupar en tres categorías: (i) registros y acelerogramas sintéticos escalados al espectro de proyecto, (ii) registros impulsivos y (iii) dos movimientos sísmicos chilenos fuertes.Los resultados obtenidos indican que un alto porcentaje de los edificios existentes podrían experimentar graves daños ante los terremotos de proyecto, principalmente en las vigas de acoplamiento de las plantas superiores y en las partes bajas de los muros ubicados en la dirección débil. El ajuste entre las conclusiones de los análisis "push-over" y dinámicos es satisfactorio, resultando aquellos ligeramente más conservadores. A partir de los resultados de la investigación se concluye que un refuerzo ligero de las vigas de acoplamiento podría conducir a una notable mejora del comportamiento sismorresistente. Se proponen criterios preliminares de proyecto, como la recomendación de incluir una densidad mínima de muros en cada dirección.A partir del conocimiento proporcionado por este estudio sobre el comportamiento sismorresistente de este tipo de edificios, se identifican y analizan las necesidades futuras de investigación. Ésta se orienta a formular criterios finales de proyecto para estas construcciones.

En la presente investigación, se analiza la influencia de la irregularidad de la masa y del efecto PΔ sobre el comportamiento estructural de una edificación de 15 pisos. Se plantea el caso de una edificación regular 15 pisos, 4 casos de edificaciones con presencia de irregularidad de masa en un piso establecido y 4 casos de edificaciones irregulares con efecto PΔ. Primeramente, mediante el análisis dinámico lineal se determina la respuesta estructural en términos de derivas, fuerza cortante basal y momento. Posteriormente, se realiza el análisis estático no lineal (Push over) y se construye la curva de capacidad de la estructura. A partir de la curva de capacidad se obtienen los desplazamientos ultimo y de fluencia, y se estima la ductilidad global. Luego se procede a determinarse el desempeño sísmico para los diferentes niveles de sismo. Por último, se realiza un análisis comparativo de la respuesta estructural y el desempeño sísmico de los casos. Al analizar los momentos de las estructuras irregulares con efecto PΔ, se obtuvo una variación de hasta 5.60% con respecto a la edificación regular, de modo que se tiene mayor incremento de los momentos cuando en el análisis estructural de una estructura con irregularidad de la masa se considera el efecto PΔ. Se ha generado un incremento de la variación de la rigidez en el caso 1 cuando se considera el efecto PΔ, en la dirección x-x se obtuvo una variación de hasta 73.06 % y 77.76% en la dirección y-y. / In the present investigation, the influence of the irregularity of the mass and the PΔ effect on the structural behavior of a 15-story building is analyzed. The case of a regular 15-story building, 4 cases of buildings with the presence of mass irregularity in an established floor and 4 cases of irregular buildings with PΔ effect is presented. First, through linear dynamic analysis, the structural response is determined in terms of drifts, basal shear force and moment. Subsequently, the non-linear static analysis (Push over) is performed and the capacity curve of the structure is constructed. The ultimate and creep displacements are obtained from the capacity curve, and the overall ductility is estimated. Then, the seismic performance is determined for the different levels of earthquake. Finally, a comparative analysis of the structural response and the seismic performance of the cases is carried out. When analyzing the moments of the irregular structures with the PΔ effect, a variation of up to 5.60% was obtained with respect to the regular building, so that there is a greater increase in the moments when in the structural analysis of a structure with irregularity of the mass the PΔ effect is considered. An increase in the variation of the stiffness has been generated in case 1 when the PΔ effect is considered, in the x-x direction a variation of up to 73.06% and 77.76% in the y-y direction was obtained. / Trabajo de investigación

Industrial steel storage racks are pre-engineered lightweight structures commonly used to store goods from supermarkets to big warehouses. These systems are framed structures, usually made of cold-formed steel profiles and characterised by non-standard details. Their performance is quite complex and the prediction of their global response is more difficult than for the traditional steel frames. This difficulty is due to the racks’ main features: the use of cold-formed thin-walled steel sections which are sensitive to different buckling modes, the presence of regular perforation patterns on the uprights, the highly non-linear behaviour of joints, the influence of the structural imperfections and the significant frame sensitivity to second order effects. The behaviour of racks becomes even more complex when seismic or accidental events induce significant horizontal forces acting on the structures. The complexity and variability that characterise racks make it difficult to identify general design solutions. Hence, racks design is traditionally carried out by using the “design by testing” approach, which requires the experimental characterisation of the main structural components, of the joints and the sub-assemblies. The complexity of the racks also affects their numerical modelling, which results in complex analyses that must take into account all the aforementioned features. The work presented in this thesis focuses on the study of a typical steel pallet rack, identified as case study. The research aims to contribute to building up a comprehensive knowledge of the response of both the main rack components and of the whole structure. The main rack components were first individually studied. The behaviour of the uprights, of the base-plate joints and of the beam-to-column joints was experimentally investigated. The experimental data were then taken as reference for the calibration of FE models that enabled exploring each component’s performance. These models were then incorporated into the whole rack model. The response of the uprights was first investigated through stub column tests. The non-negligible interaction between axial force and bending moment of the upright response was then experimentally and numerically analysed to define the M-N domains. In addition, the rules provided by different European standards for the design of isolated members subjected to combined axial load and bending moment were considered and critically compared, identifying the main critical issues of the different design approaches. Although the contribution of joints on the rack global response is of paramount importance, to date, the knowledge is quite limited. In particular, the experimental studies of the behaviour of base-plate joints are still rather modest, especially for the cyclic range. Therefore, an experimental campaign on the rack base-plate joints was carried out: three levels of axial load were considered and the response in both the down-aisle and the cross-aisle direction was investigated under monotonic and cyclic loadings. Similarly, the beam-to-column joint was tested both monotonically and cyclically, taking into account its non-symmetric behaviour. Numerical models for both joint types were developed and validated enabling the characterisation of joints in the monotonic and cyclic range. This in-depth knowledge of the response of individual components facilitated the evaluation of the global rack behaviour. As a final stage of the research, full-scale tests of four-level two-bay racks were performed taking advantage of an innovative full-scale testing set-up and, on the basis of the experimental outcomes, the racks’ global behaviour was numerically investigated. Critical standards issues and needs for future research were further identified.