Reliability Analysis of Lateral Bearing Capacity of Reinforced-Concrete Frames with Masonry Infill Walls by Finite Element Method (FEM)

Najveci izazov prilikom modeliranja ovakvih sustava je adekvatno simulirati njegovo ponasanje koje bitno ovisi o interakciji osnovnog okvira i ispuna kao najcesce dviju zasebnih komponenata. U pristupu modeliranju razlikujemo prvenstveno mikro i makro modele. Za ovu studiju usvojen je makro model konstruiran programom OpenSees (Open System for Earthquake Engineering Simulation, PEER, Berkeley) koji ima izvrsne mogucnosti opisivanja globalnog i lokalnog ponasanja sustava, te je u isto vrijeme robustan, fleksibilan i nudi detaljan uvid u prirodu ponasanja uz razuman broj potrebnih parametara za opisivanje modela materijala. Analiza pouzdanosti je provedena na temelju nelinearnog numerickog modela, na kojem je moguce analizirati staticka i dinamicka opterecenja. Ovakav pristup ima prednost ponajprije u mogucnosti reduciranja nesigurnosti koje su inace prisutne kod analitickog definiranja jednadžbe granicnog stanja, ciji se oblik znatno komplicira uzevsi u obzir nelinearnost i staticku neodređenost modela. Za procjenu pouzdanosti horizontalne nosivost, u domeni potresnog inženjerstva, dovoljno je definirati jednadžbu granicnog stanja ogranicavanjem međukatnog pomaka, sto se pokazala najbolja mjera stete konstruktivnih elemenata. Niža razina dokaza pouzdanosti (FORM) koja je operativnija u praksi provodi se s pomocu operativne vrijednosti vjerojatnosti otkazivanja Pf koja se naziva indeks pouzdanosti β i obrnuto je proporcionalna vjerojatnosti otkazivanja Pf. Cilj ovog rada je prvenstveno procijeniti pouzdanost horizontalne nosivost nelinearnog modela statickom metodom postupnog guranja (engl. static pushover), tako da je provedena FORM analiza i Monte Carlo simulacije metodom konacnih elemenata, te je uspoređena vrijednost vjerojatnosti otkazivanja Pf. Numericki makro model je kalibriran na temelju prethodno provedenim eksperimentima statickim ciklickim opterecivanjem u ravnini, pri cemu su ispitane i karakteristike sastavnih materijala iz kojih su definirane slucajne varijable za beton, armaturni celik i ziđe, dok je varijacija razine vertikalnog opterecenja također definirana eksperimentom. Iskazivanje vrijednosti vjerojatnosti otkazivanja Pf putem Monte Carlo simulacije generiranje N slucajnih ishoda izracunava se kao Nf/N pri cemu je nužan veliki broj simulacija, odnosno N ≥ 10^5, za preciznu procjenu pouzdanosti. Numericki model predstavlja armirano–betonski okvir jednog raspona i jedne visine, originalno konstruiran u mjerilu 1:2.5, te se sastoji od linijskih konacnih elemenata za stupove, gredu i pojednostavljene tlacne dijagonale za reprezentaciju zidanog ispuna. Stupovi i greda modelirani su Force–Based elementom s pridruženim Fiber presjekom i definiranom duljinom plasticnih zglobova, dok je zidani ispun modeliran sustavom tlacnih opruga. Horizontalno opterecenje je nanoseno u 20 koraka do 100% iznosa koje je definirano kao maksimalna nosivost temeljem eksperimenta, te se pratio vrsni pomak ravnine grede koji je ogranicen jednadžbom granicnog stanja, pripadajucim iznosom pomaka pri vrsnoj nosivosti. Za najrealnije opisivanje ponasanja konstrukcija u potresnom inženjerstvu nelinearnom dinamickom analizom daleko su najveci izvor nesigurnosti zapisi ubrzanja temeljnog tla, uz koji nije zanemariv i izvor nesigurnosti povezan s karakteristikama materijala. Rezultati FORM analize su usporedivi s Monte Carlo simulacijama, te je dobivena optimalna kombinacija parametara materijala za dosezanje ciljanog pomaka definiranog jednadžbom granicnog stanja. Ovakav pristup analizi pouzdanosti daje neogranicene mogucnosti u podrucju potresnog inženjerstva te cjelokupnu implementaciju nesigurnosti unutar jednog modela, sto je neophodno za procjenu rizika od kolapsa ili procjenu gubitaka unutar okvira PEER PBEE metodologije.