Eskandari, Reyhaneh;Vafaei, Davoud;Vafaei, Javid;Shemshadian, Mohammad Ebrahim
Earthquakes and Structures
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v.12
no.2
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pp.191-200
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2017
In this paper, the seismic performance of reinforced concrete braced frames (RC-BF) under far- and near-fault motions was investigated. Four-, eight-, 12- and 16-story RC-BFs were designed on the basis of a code-design method for a high risk seismic zone. Nonlinear static and dynamic analyses of the frames have been performed using OpenSees software. To consider diverse characteristics of near-fault motions, records with forward-directivity and fling-step effects were employed. From the results obtained in the analytical study it is concluded that the used design method was reasonable and the mean maximum drift of the frames under all ground motion sets were in acceptable range. For intermediate- and high-rise buildings the near-fault motions imposed higher demands than far-faults.
The aim of this study is to investigate the reliability of strong motion records processed by causal and acausal Butterworth filters in comparison to the results obtained from a synthetic accelerogram. For this purpose, the fault parallel component of the Bolu record of the Duzce earthquake is modeled with a sum of exponentially damped sinusoidal components. Noise-free velocities and displacements are then obtained by analytically integrating the synthetic acceleration model. The analytical velocity and displacement signals are used as a standard with which to judge the validity of the signals obtained by filtering with causal and acausal filters and numerically integrating the acceleration model. The results show that the acausal filters are clearly preferable to the causal filters due to the fact that the response spectra obtained from the acausal filters match the spectra obtained from the simulated accelerogram better than that obtained by causal filters. The response spectra are independent from the order of the filters and from the method of integration (whether analytical integration after a spline fit to the synthetic accelerogram or the trapezoidal rule). The response spectra are sensitive to the chosen corner frequency of both the causal and the acausal filters and also to the inclusion of the pads. Accurate prediction of the static residual displacement (SRD) is very important for structures traversing faults in the near-fault regions. The greatest adverse effect of the high pass filters is their removal of the SRD. However, the noise-free displacements obtained by double integrating the synthetic accelerogram analytically preserve the SRD. It is thus apparent that conventional high pass filters should not be used for processing near-fault strong-motion records although they can be reliably used for far-fault records if applied acausally. The ground motion parameters such as ARIAS intensity, HUSID plots, Housner spectral intensity and the duration of strong-motion are found to be insensitive to the causality of filters.
Sebastiani, Paolo E.;Liberatore, Laura;Lucchini, Andrea;Mollaioli, Fabrizio
Structural Engineering and Mechanics
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v.68
no.5
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pp.575-589
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2018
It is well known that the incidence angle of seismic excitation has an influence on the structural response of buildings, and this effect can be more significant in the case of near-fault signals. However, current seismic codes do not include detailed requirements regarding the direction of application of the seismic action and they have only recently introduced specific provisions about near-fault earthquakes. Thus, engineers have the task of evaluating all the relevant directions or the most critical conditions case by case, in order to avoid underestimating structural demand. To facilitate the identification of the most critical incidence angle, this paper presents a procedure which makes use of a two-degree of freedom model for representing a building. The proposed procedure makes it possible to avoid the extensive computational effort of multiple dynamic analyses with varying angles of incidence of ground motion excitation, which is required if a spatial multi-degree of freedom model is used for representing a building. The procedure is validated through the analysis of two case studies consisting of an eight- and a six-storey reinforced concrete frame building, selected as representative of existing structures located in Italy. A set of 124 near-fault ground motion records oriented along 8 incidence angles, varying from 0 to 180 degrees, with increments of 22.5 degrees, is used to excite the structures. Comparisons between the results obtained with detailed models of the two structures and the proposed procedure are used to show the accuracy of the latter in the prediction of the most critical angle of seismic incidence.
Variable Curvature Friction Pendulum (VCFP) bearing is one of the alternatives to control excessive induced responses of isolated structures subjected to near-fault ground motions. The curvature of sliding surface in this isolator is varying with displacement and its function is non-spherical. Selecting the most appropriate function for the sliding surface depends on the design objectives and ground motion characteristics. To date, few polynomial functions have been experimentally tested for VCFP however it needs comprehensive parametric study to find out which one provides the most effective behavior. Herein, seismic performance of the isolated structure mounted on VCFP is investigated with two different polynomial functions of the sliding surface (Order 4 and 6). By variation of the constants in these functions through changing design parameters, 120 cases of isolators are evaluated and the most proper function is explored to minimize floor acceleration and/or isolator displacement under different hazard levels. Beside representing the desire sliding surface with adaptive behavior, it was shown that the polynomial function with order 6 has least possible floor acceleration under seven near-field ground motions in different levels.
Semi-active isolation systems based on leverage-type stiffness control strategies have been widely studied. The main concept behind this type of system is to adjust the stiffness in the isolator to match the fundamental period of the isolated system by using a simple leverage mechanism. Although this system achieves high performance under far-field earthquakes, it is unsuitable for near-fault strong ground motion. To overcome this problem, this study considers the potential energy effect in the control law of the semi-active isolation system. The minimal energy weighting (MEW) between the potential energy and kinetic energy was first optimized through a series of numerical simulations. Two MEW algorithms, namely generic and near-fault MEW control, were then developed to efficiently reduce the structural displacement responses. To demonstrate the performance of the proposed method, a two-degree-of-freedom structure was employed as a benchmark. Numerical results indicate that the dynamic response of the structure can be effectively dampened by the proposed MEW control under both far-field and near-fault earthquakes, whereas the structural responses resulting from conventional control methods may be greater than those for the purely passive control method. Moreover, according to experimental verifications, both the generic and near-fault MEW control modes yielded promising results under impulse-like earthquakes. The practicability of the proposed control algorithm was verified.
Observations from past strong earthquakes revealed that near-fault ground motions could lead to the failure, or even collapse of electricity transmission towers which are vital components of an overhead electric power delivery system. For assessing the performance and robustness, a high-fidelity three-dimension finite element model of a long span transmission tower-line system is established with the consideration of geometric nonlinearity and material nonlinearity. In the numerical model, the Tian-Ma-Qu material model is utilized to capture the nonlinear behaviours of structural members, and the cumulative damage D is defined as an index to identify the failure of members. Consequently, incremental dynamic analyses (IDAs) are conducted to study the collapse fragility, damage positions, collapse margin ratio (CMR) and dynamic robustness of the transmission towers by using twenty near-fault ground motions selected from PEER. Based on the bending and shear deformation of structures, the collapse mechanism of electricity transmission towers subjected to Chi-Chi earthquake is investigated. This research can serve as a reference for the performance of large span transmission tower line system subjected to near-fault ground motions.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.28
no.3
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pp.159-164
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2024
Recent earthquakes in Korea, like Gyeongju and Pohang, have highlighted the need for accurate seismic hazard assessment. The lack of substantial ground motion data necessitates stochastic simulation methods, traditionally used with a simplistic point-source assumption. However, as earthquake magnitude increases, the influence of finite faults grows, demanding the adoption of finite faults in simulations for accurate ground motion estimates. We analyzed variations in simulated ground motions with and without the finite fault method for earthquakes with magnitude (Mw) ranging from 5.0 to 7.0, comparing pseudo-spectral acceleration. We also studied how slip distribution and hypocenter location affect simulations for a virtual earthquake that mimics the Gyeongju earthquake with Mw 5.4. Our findings reveal that finite fault effects become significant at magnitudes above Mw 5.8, particularly at high frequencies. Notably, near the hypocenter, the virtual earthquake's ground motion significantly changes using a finite fault model, especially with heterogeneous slip distribution. Therefore, applying finite fault models is crucial for simulating ground motions of large earthquakes (Mw ≥ 5.8 magnitude). Moreover, for accurate simulations of actual earthquakes with complex rupture processes having strong localized slips, incorporating finite faults is essential even for more minor earthquakes.
Available records of recent earthquakes show that near-field earthquakes have different characteristics than far-field earthquakes. In general, most of these unique characteristics of near-fault records can be attributed to their forward directivity. This phenomenon causes the records of ground motion normal to the fault to entail pulses with long periods in the velocity time history. The energy of the earthquake is almost accumulated in these pulses causing large displacements and, accordingly, severe damages in the building. Damage to structures caused by past earthquakes raises the need to assess the chance of future earthquake damage. There are a variety of methods to evaluate building seismic vulnerabilities with different computational cost and accuracy. In the meantime, fragility curves, which defines the possibility of structural damage as a function of ground motion characteristics and design parameters, are more common. These curves express the percentage of probability that the structural response will exceed the allowable performance limit at different seismic intensities. This study aims to obtain the fragility curve for low- and mid-rise structures of reinforced concrete moment frames by incremental dynamic analysis (IDA). These frames were exposed to an ensemble of 18 ground motions (nine records near-faults and nine records far-faults). Finally, after the analysis, their fragility curves are obtained using the limit states provided by HAZUS-MH 2.1. The result shows the near-fault earthquakes can drastically influence the fragility curves of the 6-story building while it has a minimal impact on those of the 3-story building.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.14
no.5
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pp.53-64
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2010
Seismic fragility curves of structures represent the probability of exceeding the prescribed structural damage state for a given various levels of ground motion intensity, such as peak ground acceleration (PGA). This means that seismic fragility curves are essential to the evaluation of structural seismic performance and assessments of risk. Most of existing studies have not considered the near- and far-fault earthquake effect on the seismic fragility curves. In order to evaluate the effect of near- and far-fault earthquakes, seismic fragility curves for PSC box girder bridges subjected to near- and far-fault earthquakes are calculated and compared. The seismic fragility curves are strongly dependent on the earthquake characteristics such as fault distance. This paper suggests that the effect of near- and far-fault earthquakes on seismic fragility curves of PSC box girder bridge structure should be considered.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.11a
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pp.93-96
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2008
The near fault ground motion(NFGM) is characterized by a single long period velocity pulse of large magnitude. NFGM's have been observed in recent strong earthquakes, Turkey Izmit (1999), Japan Kobe(1995), Northridge(1994), etc. These strong earthquakes have caused considerable damage to infrastructures because the epicenter was close to the urban area, called as NFGM. Extensive research for the far fault ground motion(FFGM) have been carried out in strong seismic region, but limited research have been done for NFGM in low or moderate seismic regions because of very few records. The purpose of this study is to investigate and analyze the effect of near-fault ground motions on RC bridge piers without lap-spliced longitudinal reinforcing steels. The seismic performance of two RC bridge piers under near-fault ground motions was investigated on the shake table. In addition, Two of four identical RC bridge piers were tested under a quasi-static load, and the others were under a pseudo-dynamic load. The respectively two RC bridge pier is comparatively subjected to Pseudo-dynamic loadings and Quasi-Static loadings. This paper indicated that more gives bigger ultimate strain of longitudinal steels to be fractured at bigger PGA motion.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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