Virtual portfolios for earthquake insurance related risk simulations
| dc.contributor.corporatename | Kassel, Universität Kassel, Fachbereich Bauingenieur- und Umweltingenieurwesen | |
| dc.contributor.referee | Dorka, Uwe Ernst (Prof. Dr.-Ing.) | |
| dc.contributor.referee | Smolka, Anselm (Dr.-Ing.) | |
| dc.contributor.referee | Canbay, Erdem (Prof. Dr.-Ing.) | |
| dc.contributor.referee | Fehling, Ekkehard (Prof. Dr.-Ing.) | |
| dc.date.accessioned | 2018-04-05T11:36:52Z | |
| dc.date.available | 2018-04-05T11:36:52Z | |
| dc.date.examination | 2017-12-08 | |
| dc.date.issued | 2018-04-05 | |
| dc.identifier.uri | urn:nbn:de:hebis:34-2018040555099 | |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/123456789/2018040555099 | |
| dc.language.iso | eng | |
| dc.rights | Urheberrechtlich geschützt | |
| dc.rights.uri | https://rightsstatements.org/page/InC/1.0/ | |
| dc.subject | Seismic risk simulations | eng |
| dc.subject | Virtual portfolio | eng |
| dc.subject | SBP-Tool | eng |
| dc.subject.ddc | 620 | |
| dc.subject.swd | Erdbeben | ger |
| dc.subject.swd | Risikoanalyse | ger |
| dc.subject.swd | Versicherung | ger |
| dc.title | Virtual portfolios for earthquake insurance related risk simulations | eng |
| dc.type | Dissertation | |
| dcterms.abstract | Seismic Risk, a combination of Hazard, Vulnerability and Loss, is becoming a mainstream topic due to an increase in the losses and damage caused by earthquake related effects worldwide. Therefore, it has become an important aspect for insurer and reinsurers since it is extremely difficult to assess due to the lack of the necessary data compared, for example, to car insurance (chapter 1). As described in chapter 2, where the state of the art of seismic risk assessment and simulation is described alongside a more refined approach to seismic risk, current Vulnerability models are oversimplified and do not provide enough accuracy in predicting the damage. Due to the fact that little information on the behavior of real buildings under earthquakes is known, the buildings are vulnerable, and real datasets of observed damages at structures due to earthquake are rare and vary greatly in terms of quantity and quality. The scope of this thesis, Vulnerability modelling, is presented in more detail in chapter 3. In order to cover the demands of the insurance industry, a tool for generating 3D buildings which are then exposed to several hazard scenarios is needed. This tool has been developed in a general way with clear interfaces between the risk components Hazard, Vulnerability and Loss, and it is able to produce realistic 3D buildings quickly and easily. Its global aim is the generation of a statistically equivalent district of a city or a particular insurance Virtual Portfolio. Therefore, in this thesis, the Sophisticated 3D vulnerability modelling for Seismic Risk Simulation (3D-SRS) concept (chapter 4) has been developed to better capture observed damages. It defines the seismic risk in terms of estimating structural damage areas under an seismic excitation in order to be the base for a more realistic pricing from the point of view of insurers and reinsurers. The 3D-SRS consists of sophisticated numerical 3D Virtual Portfolios, a group of buildings with detailed local models. Although only linear covered by taken in this thesis, the concept is open to non-linear approaches as discussed at the end of that chapter. In terms of seismic risk, this is the first study with such complex local models for Vulnerability. For the purpose of generating Virtual Portfolios, the Simulated Building Portfolio-Tool (SBP-Tool) was developed in cooperation between the University of Kassel and the Munich Re, and it generates hundreds of numerical 3D-FE buildings in an automatic fashion, based on a set of global building parameters. It is also able to model local pre-damages around the foundation, windows or roofs in order to take into account a more realistic building stock. In chapter 5, the SBP-Tool is used to generate the geometry of an Unreinforced masonry building and it is modeled with geometrically linear shell elements and orthotropic material laws. The shaking table test of a two storey URM building from LNEC in Portugal is used to validate the method by comparing observed and estimated damages. The Mechanical Damage Indicator is used in order to link the principal stresses and mechanical damage. As a first assumption, a limit of using linear elastic models is proposed using the linear model approach. Chapter 6 demonstrates the use of 3D-SRS with the clear interfaces. During the evaluation of the estimated damages, a multivariate test of different building parameters was performed by using a Linear discriminant analysis in order to study the effect as well as the influence of different building parameters on the damage. At the end of this study (chapter 7), a comparison of the well-known and widely used Park-Ang Damage Index between local models, those generated with the SBP-Tool and global models (SDOF) is made. This comparison basically reflects the damage distribution. By using local 3D models, real observed damages can be reflected, whereas the damage distribution of the global models shows no correlation to observed damages. | eng |
| dcterms.abstract | Das seismische Risiko ist eine Kombination aus Gefährdung, Vulnerabilitäten sowie den Verlusten und wird aufgrund der ansteigenden Verluste und Schäden durch Erdbeben weltweit thematisiert. Aus diesem Grund wird das seismische Risiko in der Versicherungs- und Rückversichungsindustrie sowie die Risikobeurteilung aufgrund fehlender Daten, wie in Kapitel 1 am Beispiel einer Autoversicherung gezeigt, zu einem wichtigen Thema. Wie der Stand der Wissenschaft für die seismische Risikobeurteilung und Simulation in Kapitel 2 zeigt, werden heutzutage vereinfachte Modellansätze zur Beschreibung der Vulnerabilitäten aber dies liefert ungenügende Genauigkeit in der Schadensvorhersage. Aufgrund der wenigen Informationen bzgl. des Gebäudeverhalten infolge eines Erdbebens, Gebäude sind verwundbar, reale Gebäudeschadensdaten durch Erdbeben sind wenig vorhanden und in der Qualität und Quantität sehr unterschiedlich. Das Ziel dieser Arbeit ist die Modellierung der Vulnerabilitäten und ist in Kapitel 3 näher beschrieben. Ein Werkzeug zur Generierung von 3D Gebäuden welche verschiedenen Gefährdungen ausgesetzt werden, wird benötigt um die Anforderungen der Versicherungsindustrie zu erfüllen. Dieses Werkzeug muss generisch entwickelt werden um klare Schnittstellen zwischen den Risikokomponenten Gefährdung, Vulnerabilitäten und den Verlusten zu schaffen und muss schnell und einfach realistische 3D Gebäude erzeugen. Das Hauptziel ist die Generierung von statistisch äquivalenten Stadtteilen oder speziellen Virtuellen-Portfolien der Versicherungen. In dieser Arbeit wurde ein Konzept für eine anspruchsvolle 3D Modellierung der Vulnerabilitäten für die seismische Risikosimulation (3D-SRS) entwickelt um reale Schäden besser zu erfassen. Das Konzept definiert das seismische Risiko bezüglich der Abschätzung von Gebäudeschäden unter seismischer Anregung und kann aus Sicht der Versicherer und Rückversicherer als Grundlage für eine realistischere Prämienermittlung dienen. Das Konzept besteht aus numerischen 3D V-Portfolien, bestehend aus einer Anzahl an Gebäuden mit lokalen Modellen ist. Obwohl diese Arbeit nur eine lineare Modellierung behandelt, ist das Konzept offen für nicht-lineare Modellierungsansätze, wie in dem Kapitel diskutiert wird. In Bezug auf das seismische Risiko ist dies die erste Studie mit solchen komplexen lokalen Modellen für die Vulnerabilitäten. Zur Generirung eines V-Portfolios wurde in Zusammenarbeit zwischen der Universität Kassel und der Munich Re das SBP-Tool entwickelt und es ist in der Lage hunderte numerische 3D-FE Gebäude automatisch auf Grundlage globaler Gebäudeparameter zu generieren. Desweiteren können lokale Schädigungen an den Fundamenten, Fenster und Dächern modelliert werden, um einen realistischen Gebäudebestand abzubilden. Das SBP-Tool wird in Kapitel 5 verwendet um die Geometrie von unbewehrtem Mauerwerk (URM) Gebäuden mit geometrisch linearen Scheibenelementen und orthotropen Materialgesetz zu generieren. Der Schwingtischversuch eines URM Gebäudes von der LNEC wurde verwendet um die beobachtete mit abgeschätzten Schäden zu validieren. Der mechanische Schadensindikator dient zur Kopplung von Hauptspannungen zum mechanischen Schaden. Als erste Annahme wurde ein Grenzwert für die Verwendung von linear elastischen Modellen vorgeschlagen. Kapitel 6 demonstriert die Verwendung des 3D-SRS mit klar definierten Schnittstellen. Für die Auswertung der Schadensabschätzung wurde ein multivariater Test von verschiedenen Gebäudeparametern mit Hilfer der Lineare Diskriminanzanalyse durchgeführt um die Auswirkungen und den Einfluss der verschiedenen Gebäudeparameter auf den Schaden zu studieren. In Kapitel 7 wird am Ende dieser Studie ein Vergleich des bekannten Park-Ang Schadensindex zwischen lokalen Modellen unter Verwendung des SBP-Tools und globaler Modelle (SDOF) gezeigt. Dieser Vergleich spiegelt die Schadensverteilung grundsätzlich wieder. Mit der Hilfe von lokalen 3D Modellen können reale Schadensdaten wiedergegeben werden, wohingegen die Schadensverteilung der globalen Modellen keine Korrelation zum beobachteten Schaden zeigt. | ger |
| dcterms.accessRights | open access | |
| dcterms.creator | Mühlhausen, Axel G. |