Extremely long-span transmission tower-line system is an indispensable portion of an electricity transmission system, and its failures or collapse can impact on the entire electricity grid, affect the modern life, and cause great economic losses. It is therefore imperative to investigate the failure and safety of the transmission tower subjected to ground motions. In the present study, a detailed finite element (FE) model of a representative extremely long-span transmission tower-line system is established. A segmental damage indicator (SDI) is proposed to quantitatively assess the damage level of each segment of the transmission tower under earthquakes. Additionally, parametric studies are conducted to investigate the influence of different ground motions and incident angles on the ultimate capacity and weakest segment of the transmission tower. Finally, the collapse fragility curve in terms of the maximum SDI value and PGA is plotted for the exampled transmission tower. The results show that the proposed SDI can quantitatively assess the damage level of the segments, and thus determine the ultimate capacity and weakest segment of the transmission tower. Moreover, the different ground motions and incident angles have a significant influence on the SDI values of the transmission tower, and the collapse fragility curve is utilized to evaluate the collapse resistant capacity of the transmission tower subjected to ground motions.
Farsangi, Ehsan Noroozinejad;Tasnimi, Abbas Ali;Mansouri, Babak
Computers and Concrete
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제16권1호
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pp.99-123
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2015
In this study, structural vulnerability of reinforced concrete moment resisting frames (RC-MRFs) by considering the Iran-specific characteristics is investigated to manage the earthquake risk in terms of multicomponent seismic excitations. Low and medium rise RC-MRFs, which constitute approximately 80-90% of the total buildings stock in Iran, are focused in this fragility-based assessment. The seismic design of 3-12 story RC-MRFs are carried out according to the Iranian Code of Practice for Seismic Resistant Design of Buildings (Standard No. 2800), and the analytical models are formed accordingly in open source nonlinear platforms. Frame structures are categorized in three subclasses according to the specific characteristics of construction practice and the observed seismic performance after major earthquakes in Iran. Both far and near fields' ground motions have been considered in the fragility estimation. An optimal intensity measure (IM) called Sa, avg and beta probability distribution were used to obtain reliable fragility-based database for earthquake damage and loss estimation of RC buildings stock in urban areas of Iran. Nonlinear incremental dynamic analyses by means of lumped-parameter based structural models have been simulated and performed to extract the fragility curves. Approximate confidence bounds are developed to represent the epistemic uncertainties inherent in the fragility estimations. Consequently, it's shown that including vertical ground motion in the analysis is highly recommended for reliable seismic assessment of RC buildings.
The fragility curves of seismic retrofitted bridges by steel jacketing of bridge columns and restrainers at expansion joints after the 1994 Northridge earthquake are developed. Fragility curves are represented by lognormal distribution functions with two parameters(fragility parameters consisting of median and log-standard deviation) and developed as a function of peak ground acceleration (PGA). Two parameters in the lognormal distribution are estimated by the maximum likelihood method. The sixty ground acceleration time histories for Los Angeles area developed for FEMA SAC project are used for the dynamic analysis of the bridges and a computer code is developed to calculate hysterestic parameters of bridge columns before and after steel jacketing. The effect of retrofit is expressed in terms of the increase of the median value of the fragility curve for the retrofitted bridge from that of the bridge before retrofit. The comparison of fragility curves of the bridges before and after column retrofit demonstrates that the improvement of the bridges with steel jacketing on the seismic performance is excellent for the damage states defined in this study. The comparison of fragility curves of the bridges before and after restrainers at expansion joints also shows the improvement in the seismic performance of restrained bridges for the severe damage states.
In this paper, an extended Cloud analysis method is developed for seismic fragility assessment of existing highway bridges in the southeast Queensland region. This method extends the original Cloud analysis dataset by performing scaled Cloud analyses. The original and scaled Cloud datasets are then paired to generate seismic fragility curves. The seismic hazard in this region is critically reviewed, and the ground motion records are selected for the time-history analysis based on various record selection criteria. A parametric highway bridge model is developed in the OpenSees analysis software, and a sampling technique is employed to quantify the uncertainties of highway bridges ubiquitous in this region. Technical recommendations are also given for the seismic performance evaluation of highway bridges in such low-to-moderate seismic zones. Finally, a probabilistic fragility study is conducted by performing a total of 8000 time-history analyses and representative bridge fragility curves are generated. It is illustrated that the seismic fragility curves generated by the proposed extended Cloud analysis method are in close agreement with those which are obtained by the rigorous incremental dynamic analysis method. Also, it reveals that more than 50% of highway bridges existing in southeast Queensland will be damaged subject to a peak ground acceleration of 0.14 g.
An approach for collapse risk assessment is proposed to evaluate the vulnerability of electric cabinet in nuclear power plants. The lognormal approaches, namely maximum likelihood estimation and linear regression, are introduced to establish the fragility curves. These two fragility analyses are applied for the numerical models of cabinets considering various boundary conditions, which are expressed by representing restrained and anchored models at the base. The models have been built and verified using the system identification (SI) technique. The fundamental frequency of the electric cabinet is sensitive because of many attached devices. To bypass this complex problem, the average spectral acceleration $S_{\bar{a}}$ in the range of period that cover the first mode period is chosen as an intensity measure on the fragility function. The nonlinear time history analyses for cabinet are conducted using a suite of 40 ground motions. The obtained curves with different approaches are compared, and the variability of risk assessment is evaluated for restrained and anchored models. The fragility curves obtained for anchored model are found to be closer each other, compared to the fragility curves for restrained model. It is also found that the support boundary conditions played a significant role in acceleration response of cabinet.
There are continuous efforts to mitigate structural losses from earthquakes and manage risk through seismic risk assessment; seismic fragility curves are widely accepted as an essential tool of such efforts. Seismic fragility curves can be classified into four groups based on how they are derived: empirical, judgmental, analytical, and hybrid. Analytical fragility curves are the most widely used and can be further categorized into two subgroups, depending on whether an analytical function or simulation method is used. Although both methods have shown decent performances for many seismic fragility problems, they often oversimplify the given problems in reliability or structural analyses owing to their built-in assumptions. In this paper, a new method is proposed for the development of seismic fragility curves. Integration with sophisticated software packages for reliability analysis (FERUM) and structural analysis (ZEUS-NL) allows the new method to obtain more accurate seismic fragility curves for less computational cost. Because the proposed method performs reliability analysis using the first-order reliability method, it provides component probabilities as well as useful byproducts and allows further fragility analysis at the system level. The new method was applied to a numerical example of a 2D frame structure, and the results were compared with those by Monte Carlo simulation. The method was found to generate seismic fragility curves more accurately and efficiently. Also, the effect of system reliability analysis on the development of seismic fragility curves was investigated using the given numerical example and its necessity was discussed.
본 연구의 궁극적인 목표는 콘크리트 교량의 교각을 Steel Jacket으로 보강한 효과를 정량적으로 산정함으로써, 지진 발생시 도로/교통 시스템의 역할을 평가할 수 있는 자료를 제공하는 데에 있다. Steel Jacket으로 보강 시, 교각의 연성능력이 어느 정도 증가되는지, 또 그로 인해 교량의 취약 상태가 어느 정도 개선되는지를 취약도 곡선을 통하여 나타내었다. 본 연구에서 해석적으로 구한 취약도 곡선이, 과거 지진 발생시 수집된 손상 자료를 이용하여 작성된 보강이 안된 교량의 취약도 곡선을 보정하는데 사용하였다. 그 보정은 Steel Jacket 보강 전과 후의 취약도 곡선상의 중간 값들을 비교해 그 증가분 만큼을 반영하는 방식으로 수행되었다.
This paper describes a procedure to develop fragility curves for woodframe structures subjected to lateral wind loads. The fragilities are cast in terms of horizontal displacement criteria (maximum drift at the top of the shearwalls). The procedure is illustrated through the development of fragility curves for one and two-story residential woodframe buildings in high wind regions. The structures were analyzed using a monotonic pushover analysis to develop the relationship between displacement and base shear. The base shear values were then transformed to equivalent nominal wind speeds using information on the geometry of the baseline buildings and the wind load equations (and associated parameters) in ASCE 7-02. Displacement vs. equivalent nominal wind speed curves were used to determine the critical wind direction, and Monte Carlo simulation was used along with wind load parameter statistics provided by Ellingwood and Tekie (1999) to construct displacement vs. wind speed curves. Wind speeds corresponding to a presumed limit displacement were used to construct fragility curves. Since the fragilities were fit well using a lognormal CDF and had similar logarithmic standard deviations (${\xi}$), a quick analysis to develop approximate fragilities is possible, and this also is illustrated. Finally, a compound fragility curve, defined as a weighted combination of individual fragilities, is developed.
The Monte Carlo Simulation (MCS) based seismic fragility analysis (SFA) approach allows defining more realistic relationship between failure probability and seismic intensity. However, the approach requires simulating large number of nonlinear dynamic analyses of structure for reliable estimate of fragility. It makes the approach computationally challenging. The response surface method (RSM) based metamodeling approach which replaces computationally involve complex mechanical model of a structure is found to be a viable alternative in this regard. An adaptive moving least squares method (MLSM) based RSM in the MCS framework is explored in the present study for efficient SFA of existing structures. In doing so, the repetition of seismic intensity for complete generation of fragility curve is avoided by including this as one of the predictors in the response estimate model. The proposed procedure is elucidated by considering a non-linear SDOF system and an existing reinforced concrete frame considered to be located in the Guwahati City of the Northeast region of India. The fragility results are obtained by the usual least squares based and the proposed MLSM based RSM and compared with that of obtained by the direct MCS technique to study the effectiveness of the proposed approach.
In this study, the periodic seismic performance evaluation scheme is proposed using a structural health monitoring system in terms of seismic fragility. An instrumented highway bridge is used to demonstrate the evaluation procedure involving (1) measuring ambient vibration of a bridge under general vehicle loadings, (2) identifying modal parameters from the measured acceleration data by applying output-only modal identification method, (3) updating a preliminary finite element model (obtained from structural design drawings) with the identified modal parameters using real-coded genetic algorithm, (4) analyzing nonlinear response time histories of the structure under earthquake excitations, and finally (5) developing fragility curves represented by a log-normal distribution function using maximum likelihood estimation. It is found that the seismic fragility of a highway bridge can be updated using extracted modal parameters and can also be monitored further by utilizing the instrumented structural health monitoring system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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