Framework for earthquake-induced loss assessment of steel frame buildings–from building-specific to city-scale approaches

Les méthodologies d'évaluation de l'endommagement des structures, spécifique à un bâtiment ou à l'échelle de la ville, sont essentielles pour prédire et gérer les conséquences socio-économiques d'un tremblement de terre dans une région. Ainsi, plusieurs approches et outils, avec ou sans modélisation de l'ouvrage, ont été largement utilisés. Ces approches peuvent faciliter la prise de décision pour déployer les forces de secours en cas d'urgence et minimiser les pertes d'exploitation dues à la cessation d'activité. L'objectif d'ensemble de cette thèse est de développer un cadre efficace de prise de décision pour évaluer rapidement les risques et les pertes causés par les séismes sur les bâtiments en acier. Le deuxième objectif est de développer des outils et des métriques qui permettent une estimation fiable des pertes dues aux séismes à l'échelle du bâtiment. Le premier but a été atteint en combinant des concepts issus de la surveillance de l'état des structures et de la conception parasismique axée sur la performance. Afin de développer un cadre d'évaluation du risque sismique pour les bâtiments à ossature métallique sans recourir à des modèles, de nombreux indicateurs d'endommagement, calculés avec des techniques d'identification de système sans modèle et des méthodes d'analyse en ondelettes, ont été évalués. Nous avons constaté que les indicateurs d'endommagement déterminés par ondelettes sont bien corrélés avec des paramètres de demande sismique inter-étages courants. Une méthodologie non-basée sur la modélisation de l'ouvrage a été développée ; elle utilise l'indicateur amélioré déterminé par ondelettes et des propriétés géométriques basiques du bâtiment pour en déduire l'état d'endommagement de la structure à une intensité sismique donnée. Il est montré que des paramètres de demande sismique tels que les déformations inter-étages maximales, les accélérations absolues des planchers maximales et les déformations inter-étages résiduelles sont prédites avec une précision convenable. La méthodologie sans modèle est également étendue à l'échelle de la ville par le développement de cartes de dommages et de pertes post-séisme généralisées. La même méthodologie peut faciliter la prise de décision pour des mesures préventives efficaces afin de gérer les risques de désastre sismique concernant les infrastructures. Afin de fournir des indications pour les approches nécessitant un modèle, pour estimer le risque sismique et les pertes touchant un bâtiment particulier, l'influence des hypothèses de modélisation sur l'évaluation des pertes causées par les séismes sur les bâtiments en acier a été examinée. Nous avons montré que pour les séismes avec une faible probabilité d'occurrence, les pertes dues à la ruine de la structure et à sa démolition peuvent être surestimées de manière significative lorsque les calculs d'endommagement proviennent de modèles numériques qui ignorent les effets de poutre composite et l'action du système de descente des charges verticales. Pour les séismes fréquents, les réparations des composants non-structuraux sont prépondérantes dans les pertes du bâtiment. Dans ce cas, le choix de la représentation du modèle numérique du bâtiment en acier devient négligeable. Les pertes annuelles prévisionnelles sont dominées par les réparations des composants non-structuraux sensibles aux accélérations, suivies par celles des composants non-structuraux sensibles au déplacement. Il est préférable de combiner les métriques d'estimation d'endommagement, en fonction du niveau de performance sismique attendu, pour évaluer les dommages causés par les tremblements de terre sur les bâtiments en acier.

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