Seismic response and fragility analysis of concrete gravity dams and their appurtenant structures in eastern Canada

«RÉSUMÉ: Les barrages jouent un rôle très important à la fois sur le plan économique et social au sein des sociétés modernes. Cette importance est encore amplifiée par le passage mondial vers les énergies propres face à un climat en changement. Au cours des dernières années, plusieurs barrages et leurs structures appartenantes ont subi différents niveaux de dommages à la suite d’événements sismiques. Ces antécédents ont mis en évidence la vulnérabilité de ces structures critiques aux dangers sismiques. Afin d’assurer la sécurité publique et l’intégrité de l’infrastructure énergétique, il est généralement attendu que les barrages et leurs structures appartenantes restent sécuritaires et opérationnels tant pendant qu’après les événements sismiques. Les méthodes déterministes traditionnelles pour évaluer la réponse sismique des barrages ont des limitations dans la capture des incertitudes inhérentes. Les approches probabilistes, telles que l’analyse de fragilité, offrent un cadre complémentaire pour évaluer la vulnérabilité sismique en intégrant les incertitudes liées aux charges, aux matériaux, aux hypothèses de modélisation et aux critères de performance. Malgré la recherche croissante sur les approches probabilistes en génie des barrages, il y a une attention disproportionnée sur le barrage lui-même, tandis que moins d’attention a été accordée à la réponse sismique des structures appartenantes supportées par le barrage. De plus, les études négligent souvent les caractéristiques sismiques distinctes en Est de l’Amérique du Nord, en particulier au Québec. Les ingénieurs praticiens rencontrent également des difficultés à mettre en oeuvre des modèles éléments finis sophistiqués de barrages avec des joints non linéaires. Par conséquent, il y a une demande pour des modèles simplifiés mais efficaces qui pourraient accélérer de telles analyses sismiques complexes tout en tenant adéquatement compte des paramètres de réponse les plus influents.»

Abstract

«ABSTRACT:Dams play a very important role both economically and socially within modern societies. Their significance is further amplified by the global shift towards clean energy in the face of a changing climate. In recent years, several dams and their appurtenant structures have experienced different levels of damage following earthquake events. These case histories have highlighted the vulnerability of these critical structures to seismic hazards. To ensure public safety and the integrity of energy infrastructure, it is generally expected that dams and their appurtenant structures remain secure and operational both during and after seismic events. Traditional deterministic methods for evaluating dam seismic response have limitations in capturing inherent uncertainties. Probabilistic approaches, such as fragility analysis, provide a complementary framework for assessing seismic vulnerability by incorporating uncertainties related to loads, materials, modelling assumptions, and performance criteria. Despite the growing research on probabilistic approaches in dam engineering, there is a disproportionate focus on the dam monolith itself, while less attention has been paid to the seismic response of dam-supported appurtenant structures. Additionally, studies often overlook the distinct seismic characteristics in Eastern North America, particularly Québec. Practising engineers also face difficulties in implementing sophisticated finite element models of dams with nonlinear joints. Consequently, there is a demand for simplified yet effective models that could expedite such complex seismic analyses while adequately accounting for the most influential response parameters.»