This paper studies the effects of spatially varying ground motions on the responses of a bridge frame located on a canyon site. Compared to the spatial ground motions on a uniform flat site, which is the usual assumptions in the analysis of spatial ground motion variation effects on structures, the spatial ground motions at different locations on surface of a canyon site have different intensities owing to local site amplifications, besides the loss of coherency and phase difference. In the proposed approach, the spatial ground motions are modelled in two steps. Firstly, the base rock motions are assumed to have the same intensity and are modelled with a filtered Tajimi-Kanai power spectral density function and an empirical spatial ground motion coherency loss function. Then, power spectral density function of ground motion on surface of the canyon site is derived by considering the site amplification effect based on the one dimensional seismic wave propagation theory. Dynamic, quasi-static and total responses of the model structure to various cases of spatially varying ground motions are estimated. For comparison, responses to uniform ground motion, to spatial ground motions without considering local site effects, to spatial ground motions without considering coherency loss or phase shift are also calculated. Discussions on the ground motion spatial variation and local soil site amplification effects on structural responses are made. In particular, the effects of neglecting the site amplifications in the analysis as adopted in most studies of spatial ground motion effect on structural responses are highlighted.
Derbal, Rachid;Benmansour, Nassima;Djafour, Mustapha;Matallah, Mohammed;Ivorra, Salvador
Earthquakes and Structures
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v.17
no.6
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pp.557-566
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2019
The evaluation of the seismic hazard for a given site is to estimate the seismic ground motion at the surface. This is the result of the combination of the action of the seismic source, which generates seismic waves, the propagation of these waves between the source and the site, and site local conditions. The aim of this work is to evaluate the sensitivity of dynamic response of extended structures to spatial variable ground motions (SVGM). All factors of spatial variability of ground motion are considered, especially local site effect. In this paper, a method is presented to simulate spatially varying earthquake ground motions. The scheme for generating spatially varying ground motions is established for spatial locations on the ground surface with varying site conditions. In this proposed method, two steps are necessary. Firstly, the base rock motions are assumed to have the same intensity and are modelled with a filtered Tajimi-Kanai power spectral density function. An empirical coherency loss model is used to define spatial variable seismic ground motions at the base rock. In the second step, power spectral density function of ground motion on surface is derived by considering site amplification effect based on the one dimensional seismic wave propagation theory. Several dynamics analysis of a curved viaduct to various cases of spatially varying seismic ground motions are performed. For comparison, responses to uniform ground motion, to spatial ground motions without considering local site effect, to spatial ground motions with considering coherency loss, phase delay and local site effects are also calculated. The results showed that the generated seismic signals are strongly conditioned by the local site effect. In the same sense, the dynamic response of the viaduct is very sensitive of the variation of local geological conditions of the site. The effect of neglecting local site effect in dynamic analysis gives rise to a significant underestimation of the seismic demand of the structure.
Bae, Byung Ho;Choi, Kwang Kyu;Kang, Seung Woo;Song, Si Young
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.35
no.4
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pp.759-768
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2015
The ground motions of large dimensional structures such as long span bridges at different stations during an earthquake, are inevitably different, which is known as the ground motion spatial variation effect. There are many causes that may result in the spatial variability in seismic ground motion, e.g., the wave passage effect due to the different arrival times of waves at different locations; the loss of coherency due to seismic waves scattering in the heterogeneous medium of the ground; the site amplification effect owing to different local soil properties. In previous researches, the site amplification effects have not been considered or considered by a single-layered soil model only. In this study, however, the ground motion amplification and filtering effects are evaluated by multi-layered soil model. Spatially varying ground motion at the sites with different number of layers, depths, and soil characteristics are generated and the variation characteristics of ground motion time histories according to the correlation of coherency loss function and soil conditions are evaluated. For the bridge system composed of two unit bridges, seismic behavior characteristics are analyzed using the generated seismic waves as input ground motion. Especially, relative displacement due to coherency loss and site effect which can cause the unseating and pounding between girders are evaluated. As a result, considering the soil conditions of each site are always important and should not be neglected for an accurate structural response analysis.
Structural studies have been performed on precipitation hardening found in $L1_2$ ordered ${\gamma}^{\prime}-Ni_3(Al,Ti)$ alloys using transmission electron microscopy. A uniform solid solution of ${\gamma}^{\prime}-L1_2$ ordered phase supersaturated with Ni can be obtained by solution annealing in a suitable temperature range. The ${\gamma}^{\prime}$ phase hardens appreciably by the fine precipitation of disordered ${\gamma}$. The shape of ${\gamma}$ precipitates formed during aging is initially spherical or round-cubic and grow into platelets as aging proceeds. High resolution electron microscopy revealed that the ${\gamma}$ precipitates are perfectly coherent with the matrix ${\gamma}^{\prime}$ as long as the ${\gamma}$-precipitates are plates. The loss of coherency initiates by the introduction of dislocations at the ${\gamma}/{\gamma}^{\prime}$ interface followed by the step formation at the dislocations. The ${\gamma}$ precipitates become globular after the loss of coherency. The strength of ${\gamma}^{\prime}-Ni_3(Al,Ti)$ increases over the temperature range of experiment by the precipitation of fine ${\gamma}$ particles. The peak temperature where a maximum strength was obtained shifted to higher temperature.
Adanur, Suleyman;Altunisik, Ahmet C.;Soyluk, Kurtulus;Dumanoglu, A. Aydin
Steel and Composite Structures
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v.22
no.5
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pp.1001-1018
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2016
The purpose of this paper is to compare the structural responses obtained from the stochastic analysis of a suspension bridge subjected to uniform and partially correlated seismic ground motions, using different spatial correlation functions commonly used in the earthquake engineering. The spatial correlation function employed in this study consists of a term that characterizes the loss of coherency. To account for the spatial variability of ground motions, the widely used four loss of coherency models in the literature has been taken into account in this study. Because each of these models has its own characteristics, it is intended to determine the sensitivity of a suspension bridge due to these losses of coherency models which represent the spatial variability of ground motions. Bosporus Suspension Bridge connects Europe to Asia in Istanbul is selected as a numerical example. The bridge has steel towers that are flexible, inclined hangers and a steel box-deck of 1074 m main span, with side spans of 231 and 255 m on the European and Asian sides, respectively. For the ground motion the filtered white noise model is considered and applied in the vertical direction, the intensity parameter of this model is obtained by using the S16E component of Pacoima Dam record of 1971 San Fernando earthquake. An analytically simple model called as filtered white noise ground motion model is chosen to represent the earthquake ground motion. When compared with the uniform ground motion case, the results obtained from the spatial variability models with partial correlation outline the necessity to include the spatial variability of ground motions in the stochastic dynamic analysis of suspension bridges. It is observed that while the largest response values are obtained for the model proposed by Harichandran and Vanmarcke, the model proposed by Uscinski produces the smallest responses among the considered partially correlated ground motion models. The response values obtained from the uniform ground motion case are usually smaller than those of the responses obtained from the partially correlated ground motion cases. While the response values at the flexible parts of the bridge are totally dominated by the dynamic component, the pseudo-static component also has significant contributions for the response values at the rigid parts of the bridge. The results also show the consistency of the spatial variability models, which have different characteristics, considered in this study.
Two thickness measurement methods using an electron energy loss spectroscopy (EELS) and 10a convergent beam electron diffraction (CBED) were compared in an Fe-18Mn-0.7C alloy. The thin foil specimen was firstly tilted to satisfy 10a two-beam condition. Low loss spectra of EELS and CBED patterns were acquired in scanning transmission electron microscopy (STEM) and TEM-CBED modes under the two-beam condition. The log-ratio method was used for measuring the thin foil thickness. Kossel-Möllenstedt (K-M) fringe of the $13{\ba{1}}$ diffracted disk of austenite was analyzed to evaluate the thickness. The results prove the good coherency between both methods in the thickness range of 72 ~ 113 nm with a difference of less than 5%.
Park, Kyung-Ae;Kim, Kyung-Ryul;Kim, Kuh;Chung, Jong-Yul;Conillor, Peter-C.
Journal of the korean society of oceanography
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v.38
no.4
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pp.173-184
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2003
Major differences between wind speeds from atmospheric pressure maps (Na wind) and nearsurface wind speeds derived from satellite scatterometer (NSCAT) observations over the East (Japan) Sea have been examined. The rootmeansquare errors of Na wind and NSCAT wind speeds collocated with Japanese Meteorological Agency (JMA) buoy winds are about $3.84\;ms^{-1}\;and\;1.53\;ms^{-1}$, respectively. Time series of NSCAT wind speeds showed a high coherency of 0.92 with the real buoy measurements and contained higher spectral energy at low frequencies (>3 days) than the Na wind. The magnitudes of monthly Na winds are lower than NSCAT winds by up to 45%, particularly in September 1996. The spatial structures between the two are mostly coherent on basinwide large scales; however, significant differences and energy loss are found on a spatial scale of less than 100 km. This was evidenced by the temporal EOFs (Empirical Orthogonal Functions) of the two wind speed data sets and by their twodimensional spectra. Since the Na wind was based on the atmospheric pressures on the weather map, it overlooked smallscale features of less than 100 km. The center of the coldair outbreak through Vladivostok, expressed by the Na wind in January 1997, was shifted towards the North Korean coast when compared with that of the NSCAT wind, whereas NSCAT winds revealed its temporal evolution as well as spatial distribution.
Pounding is a major cause of bridge damage during earthquakes. In an extreme situation, it can even contribute to the unseating of bridge girders. Long-span bridges will inevitably experience spatially varying ground motions. Soil-structure interaction (SSI) may play a significant role in the structural response of these structures. The objective of this research is to experimentally investigate the effect of spatially varying ground motions on the response of a three-segment bridge considering SSI and pounding. To incorporate SSI, the model was placed on sand contained in sandboxes. The sandboxes were fabricated using soft rubber in order to minimise the rigid wall effect. The spatially varying ground motion inputs were simulated based on the New Zealand design spectra for soft soil, shallow soil and strong rock conditions, using an empirical coherency loss function. The results show that with pounding, SSI can amplify the pier bending moments and the relative opening displacements.
Previous major earthquakes revealed that most damage of the buried segmented pipelines occurs at the joints of the pipelines. It has been proven that the differential motions between the pipe segments are one of the primary reasons that results in the damage (Zerva et al. 1986, O'Roueke and Liu 1999). This paper studies the combined influences of ground motion spatial variations and local soil conditions on the seismic responses of buried segmented pipelines. The heterogeneous soil deposits surrounding the pipelines are assumed resting on an elastic half-space (base rock). The spatially varying base rock motions are modelled by the filtered Tajimi-Kanai power spectral density function and an empirical coherency loss function. Local site amplification effect is derived based on the one-dimensional wave propagation theory by assuming the base rock motions consist of out-of-plane SH wave or combined in-plane P and SV waves propagating into the site with an assumed incident angle. The differential axial and lateral displacements between the pipeline segments are stochastically formulated in the frequency domain. The influences of ground motion spatial variations, local soil conditions, wave incident angle and stiffness of the joint are investigated in detail. Numerical results show that ground motion spatial variations and local soil conditions can significantly influence the differential displacements between the pipeline segments.
We studied the sea level variations at Kerguelen island in the South Indian Ocean with ARGOS data and meteorological data during about 1 year(May 1993~April 1994) through using filter, spectral analysis, coherency and phase, and found characteristics for the two oceanic signal levels(detided oceanic signal level, h$_{detided}$ and seasonal oceanic level, h$_{corr.ib}$). The forms of atmospheric pressure variations are good agreed to between ARGOS data and meteorological data in the observed periods. This Kerguelen area shows the inflow of an air temperature(gain of a radiant heat) into the sea water and the stagnation of high atmospheric pressure bands in summer, and the outflow of a sea water temperature(loss of sensible and latent heat) toward the atmosphere and the stagnation of low atmospheric pressure bands in winter. The seasonal difference of sea level between summer and winter is about 1.6cm. Both the detided oceanic signal level(h$_{detided}$) variation and the inverted barometer level(h$_{ib}$) variation have a strong correlation for T>1day period bands. The characteristics of h$_{detided}$ variation are not decided by the influence of any meteorological distributions (atmospheric pressure), but the influence of other factors(bottom water temperature) for T>2days periods bands. h$_{corr.ib}$ plays a very important role of sea level variation in the observed periods (especially T>about 180days period bands).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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