J2-8159 (C): Seizmični stresni test grajenega okolja

Povzetek:

Zanemarjanje potresnega tveganja v Republiki Sloveniji je posledica pomanjkanja ozaveščenosti o tveganjih. Osredotočanje zgolj na reševanje problema globalnega segrevanja in posledično vlaganje zgolj v energetsko sanacijo stavbnega fonda lahko na dolgi rok povzroči negativne regionalne učinke zaradi visoke potresne ogroženosti Slovenije. Problem je še toliko bolj izrazit, ker ljudje težko razvijemo percepcijo o potresnem tveganju. Močni potresi so namreč redki, vendar povzročijo velike katastrofe. Da bi utemeljili problem in prispevali k vzpostavitvi primerne percepcije o potresnem tveganju, smo razvili metode in orodja za izvedbo seizmičnih stresnih testov na ravni objekta in grajenega okolja. Rezultati projekta Seizmični stresni test grajenega okolja predstavljajo osnovo za krepitev potresne odpornosti v Republiki Sloveniji in s tem predstavljajo primer dobre prakse v Evropi.

Seizmični stresni test stavbe in grajenega okolja sta zasnovana s fizikalno-opredeljenimi modeli, ki vključujejo vplive negotovosti. Omogočata oceno potresnega tveganja s časovno-opredeljenimi kazalniki, ki so lahko osnova za racionalno sprejemanje odločitev glede ukrepov za zmanjšanje tveganja. Poleg tega lahko seizmični stresni test grajenega okolja uporabimo za analize odziva grajenega okolja na izbrane potrese, pri čemer je možno uporabiti podatkovne modele z različno stopnjo podrobnosti v kombinaciji z digitalizacijo.

Rezultati projekta so uporabni za nadaljnje temeljne raziskave, saj je omogočen prenos informacij o potresnem tveganju iz enega objekta na grajeno okolje in obratno. Predvsem pretok informacij o potresnem tveganju iz grajenega okolja na objekt bo v prihodnosti imel ključen vpliv na projektiranje novih objektov in potresno utrditev obstoječih objektov. Rezultati projekta imajo veliko praktično vrednost, kar smo demonstrirali z izvedbo številnih seizmičnih stresnih testov na nivoju stavbe. Najbolj odmevne pa so bile demonstracije seizmičnega stresnega testa na nivoju grajenega okolja. Seizmični stresni test stavbnega fonda v Republiki Sloveniji smo predstavili Ministrstvu za okolje in prostor Republike Slovenije, seizmični stresni test stavbnega fonda Univerze v Ljubljani pa študentom in vodstvu Univerze v Ljubljani. Informacije seizmičnega stresnega testa so bile predstavljene na način, ki je razumljiv širši skupnosti, kar je sprožilo uvid, da je v Sloveniji treba krepiti potresno odpornost skupnosti. Rezultati seizmičnih stresnih testov presegajo okvire standarda za potresnoodporno projektiranje objektov Evrokod 8 in zakonodaje, ki regulira odpornost skupnosti na ekstremne naravne dogodke. Zaradi tega imajo rezultati projekta širši družbeni pomen in lahko v prihodnosti spremenijo način krepitve potresne odpornosti skupnosti ne le v Sloveniji temveč tudi v Evropi.

Povzetek najpomembnejših znanstvenih rezultatov projekta

Da bi dosegli predvidene rezultate, smo izvajali analitične in numerične raziskave. Razvili smo metode za analizo izgub zaradi potresa na nivoju stavbe in na nivoju grajenega okolja, modele za ocenjevanje sprejemljivega potresnega tveganja ter programsko kodo z namenom prostorske simulacije gibanja tal, analize potresnega tveganja in izgub na nivoju ene stavbe in na nivoju grajenega okolja. K rezultatom projekta smo prispevali vsi trije partnerji na projektu. UIBK je v raziskave vključil doktorskega študenta Konstantina T. Tsalouchidisa (od 15. 1. 2018), ki bo predvidoma sredi leta 2021 končal doktorat. UIBK se je ukvarjala predvsem z metodami izbire zapisov gibanja tal, ki so pomembni za nelinearno dinamično analizo in s tem za analize potresnega tveganja. Na to temo je UIBK objavila več člankov. Na UIBK so raziskovali tudi učinkovitost napovedovanja porušitve objekta z uporabo enostavnih metod strojnega učenja. ELEA je bila vključena v praktično aplikacijo analize potresnega tveganja za obstoječe objekte, ki jo je UL FGG nadgradila z izdelavo potresne izkaznice. V sodelovanju z UL FGG smo izvedli več primerov seizmičnega stresnega testa. Projektna skupina se je sestajala na rednih sestankih, vendar so srečanja zaradi epidemije postala otežena. Sodelovanje še poteka, saj se dogovarjamo za pripravo skupnih objav v mednarodnih in domačih revijah. Raziskave s teme projekta se nadaljujejo v sklopu raziskav programske skupine Potresno inženirstvo.

Glavni rezultati projekta so:

• Postopki za izvedbo seizmičnega stresnega testa na nivoju stavbe. Razvitih je bilo več nivojev natančnosti s poudarkom na sorazmerno enostavni izvedbi stresnega testa brez uporabe detajlnih nelinearnih modelov stavb [1]. Najbolj natančen nivo je skladen z nelinearno potresno analizo po standardu Evrokod 8, odločitveni model pa je sodoben, saj temelji na verjetnostni analizi potresnega tveganja in upošteva inovativne kazalnike tveganja [2]. Poleg tega smo razvili poenostavljene metode za analizo potresnega tveganja na nivoju stavbe, ki omogočajo robustno in praksi prijazno izvedbo nelinearnih potresnih analiz [3,4].
• Postopki za izvedbo seizmičnega stresnega testa na nivoju grajenega okolja. Tudi v tem primeru smo razvili več nivojev natančnosti izvedbe seizmičnega stresnega testa. Najbolj natančen nivo povezuje standardiziran postopek nelinearne analize stavbe po Evrokodu 8 s pristransko in nepristransko analizo potresnega tveganja [5,6]. Rezultati, ki jih omogočajo razviti postopki, so bili predstavljeni na vabljenih predavanjih doma in v tujini [7,8, 9,10].
• Model vrednotenja tveganja z upoštevanjem kratkoročno in dolgoročno sprejemljivega tveganja [11]. Prednost modela je v tem, da se ga lahko uporabi kot orodje za obvladovanje tveganj, saj se ocena, določena v okviru vrednotenja tveganja, skozi čas zmanjšuje, če potresno tveganje dolgoročno ni sprejemljivo.
• Potresna izkaznica stavbe, ki je harmonizirana z energetsko izkaznico in vključuje različne kazalnike potresnega tveganja (npr. verjetnost porušitve stavbe v dobi 50 let, srednjo letno pričakovano škodo v EUR in druge) [5,7].

Potresna izkaznica grajenega okolja, ki je harmonizirana z energetsko izkaznico in vključuje različne kazalnike potresnega tveganja (npr. število stavb v razredih tveganja, ki so definirani na osnovi verjetnosti porušitve stavbe v dobi 50 let oz. srednje letne pričakovane škode v EUR) [5,7].

Diseminacija rezultatov

Fakultetne novice na osnovi dogodkov ali medijskih objav:

• Potresno odporna hiša
• Ali je treba v Republiki Sloveniji krepiti potresno odpornost skupnosti? (video)
• Predstavitev seizmičnega stresnega testa stavbnega fonda v RS na ambasadorski sekciji 1.CroCEE (video)
• Potresna odpornost stavbnega fonda v Sloveniji
• Razprava o potresni odpornosti Slovenije v Državnem zboru RS

Izbrani viri in izvedeni dogodki:

[1] Jamšek, A, Dolšek, M. Potresna analiza armiranobetonskih stavb s poenostavljenimi nelinearnimi modeli = Seismic analysis of reinforced concrete buildings with simplified nonlinear models. Gradbeni vestnik : glasilo Zveze društev gradbenih inženirjev in tehnikov Slovenije, ISSN 0017-2774. [Tiskana izd.], nov. 2019, letn. 68, str. 268-278.

[2] Lazar Sinković, N, Dolšek, M. Fatality risk and its application to the seismic performance assessment of a building. Engineering structures, ISSN 0141-0296. [Print ed.], feb. 2020, št. 110108, letn. 205, str. 1-10, doi: 10.1016/j.engstruct.2019.110108.

[3] Lazar Sinković, N, Dolšek, M, Žižmond, J. Impact of the type of the target response spectrum for ground motion selection and of the number of ground motions on the pushover-based seismic performance assessment of buildings. Engineering structures, ISSN 0141-0296. nov. 2018, letn. 175, str. 731-742, doi: 10.1016/j.engstruct.2018.08.066

[4] Snoj, J, Dolšek, M. Pushover-based seismic risk assessment and loss estimation of masonry buildings. Earthquake engineering & structural dynamics, ISSN 0098-8847. [Print ed.], maj 2020, letn. 49, št. 6, str. 567-588, doi: 10.1002/eqe.3254.

[5]* Dolšek, M, Žižmond, J, Babič, A, Lazar Sinković, N, Jamšek, A, Gams, M, Isaković, T. Seizmični stresni test stavbnega fonda Republike Slovenije (2020-2050): strokovne podlage za pripravo “Resolucije o programu krepitve potresne varnosti”. Ljubljana: Univerza v Ljubljani, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo, Inštitut za konstrukcije, potresno inženirstvo in računalništvo, apr. 2020. 1 zv. (loč. pag.), ilustr. [COBISS.SI-ID 59473923]

*Opomba: Del naloge je bil izveden v okviru programske skupine Potresno inženirstvo, kot je opisano v vmesnem poročilu o izvajanju raziskovalnega programa P2-0185 (ARRS-RPROG-VP-2021/38)

[6] Starc, J. Seizmični stresni test stavbnega fonda Univerze v Ljubljani : magistrsko delo, 2020. 100 str., ilustr. https://repozitorij.uni-lj.si/IzpisGradiva.php?id=120137. [COBISS.SI-ID 37776387]

[7] Babič, A, Žižmond, J, Jamšek, A, Dolšek, M. Seismic Stress Test of Building Stock in Slovenia. Proceedings of 1st Croatian Conference on Earthquake Engineering, 1CroCEE, Zagreb (Eds. Lakusic, S. and Atalic, J.), Croatia – March 22nd to 24th, 2021.

[8] Dolšek, M. Potresna odpornost Slovenije : prenos 37. nujne seje “Odbora za infrastrukturo, okolje in prostor” (1.del), RTV Slovenija 3. Ljubljana: RTV Slovenija 3, 21. januar, 2021. https://4d.rtvslo.si/arhiv/seje-odbora-za-infrastrukturo-okolje-in-prostor/174748035. [COBISS.SI-ID 61638659]

[9] Dolšek, M, Babič, A, Žižmond, J. Potresna obtežba in potresno tveganje v Sloveniji : Slovenski inženirski dan, spletna konferenca Sobivanje s potresi in drugimi naravnimi nesrečami, 4. marec 2021. [COBISS.SI-ID 61402115]

[10] Dolšek, M. Ali je treba v Republiki Sloveniji krepiti potresno odpornost skupnosti ? : usposabljanje, Širša, energijska in protipotresna prenova stavb, Life projekt CARE4CLIMATE, Ministrstvo za okolje in prostor Republike Slovenije, Gradbeni inštitut ZRMK, 16.12.2020. [COBISS.SI-ID 61411843]

[11] Babič, A, Dolšek, M. Evaluation and communication of seismic risk based on the long-term and short-term risk tolerance. V: 17th World Conference on Earthquake Engineering : September 13th to 18th 2020, Sendai, Japan. Tokyo: Japan Association for Earthquake Engineering. 2020, str. 1-11, ilustr. http://www.17wcee.jp/program.php#_proceedings. [COBISS.SI-ID 37960707]