The current paper introduces a new approach for development of damage index to obtain the maximum damage in the reinforced concrete frames caused by as-recorded single and consecutive earthquakes. To do so, two sets of strong ground motions are selected based on maximum and approximately maximum peak ground acceleration (PGA) from "PEER" and "USGS" centers. Consecutive earthquakes in the first and second groups, not only occurred in similar directions and same stations, but also their real time gaps between successive shocks are less than 10 minutes and 10 days, respectively. In the following, a suite of six concrete moment resisting frames, including 3, 5, 7, 10, 12 and 15 stories, are designed in OpenSees software and analyzed for more than 850 times under two groups of as-recorded strong ground motion records with/without seismic sequences phenomena. The idealized multilayer artificial neural networks, with the least value of Mean Square Error (MSE) and maximum value of regression (R) between outputs and targets were then employed to generate the empirical charts and several correction equations for design utilization. To investigate the effectiveness of the proposed damage index, calibration of the new approach to existing real data (the result of Park-Ang damage index 1985), were conducted. The obtained results show good precision of the developed ANNs-based model in predicting the maximum damage of regular reinforced concrete frames.
Inverse analysis of non-linear reinforced concrete bridge pier using recursive Gaussian filtering for in-situ condition assessment is the main theme of this work. For this purpose, minimum variance unbiased estimation using unscented sigma points is adopted here. The uniqueness of this inverse analysis lies in its approach for strain based updating of engineering demand parameters, where appropriate bound and constrained conditions are introduced to ensure numerical stability and convergence. In this analysis, seismic input is also identified, which is an added advantage for the structures having no dedicated sensors for earthquake measurement. First, the proposed strategy is tested with a simulated example whose hysteretic properties are obtained from the slow-cyclic test of a frame to investigate its efficiency and accuracy. Finally, the experimental test data of a full-scale bridge pier is used to study its in-situ condition in terms of Park & Ang damage index. Overall the study shows the ability of the augmented minimum variance unbiased estimation based recursive time-marching algorithm for non-linear system identification with the aim to estimate the engineering damage parameters that are the fundamental information necessary for any future decision making for retrofitting/rehabilitation.
Low cyclic loading tests are conducted on the steel reinforced recycled concrete (SRRC) column-steel (S) beam composite frame joints. This research aims to evaluate the earthquake damage performance of composite frame joints by performing cyclic loading tests on eight specimens. The experimental failure process and failure modes, load-displacement hysteresis curves, characteristic loads and displacements, and ductility of the composite frame joints are presented and analyzed, which shows that the composite frame joints demonstrate good seismic performance. On the basis of this finding, seismic damage performance is examined by using the maximum displacement, energy absorbed in the hysteresis loops and Park-Ang model. However, the result of this analysis is inconsistent with the test failure process. Therefore, this paper proposes a modified Park-Ang seismic damage model that is based on maximum deformation and cumulative energy dissipation, and corrected by combination coefficient ${\alpha}$. Meanwhile, the effects of recycled coarse aggregate (RCA) replacement percentage and axial compression ratio on the seismic damage performance are analyzed comprehensively. Moreover, lateral displacement angle is used as the quantification index of the seismic performance level of joints. Considering the experimental study, the seismic performance level of composite frame joints is divided into five classes of normal use, temporary use, repair after use, life safety and collapse prevention. On this basis, the corresponding relationships among seismic damage degrees, seismic performance level and quantitative index are also established in this paper. The conclusions can provide a reference for the seismic performance design of composite frame joints.
Computational Structural Engineering : An International Journal
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v.1
no.1
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pp.59-69
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2001
This study is intended to propose a systematic approach for reliability-based assessment of life cycle cost (LCC) effectiveness and economic efficiency for cost-effective seismic upgrading of existing bridges. The LCC function is expressed as the sum of the upgrading cost and all the discounted life cycle damage costs, which is formulated as a function of the Park-Ang damage index and structural damage probability. The damage costs are expressed in terms of direct damage costs such as repair/replacement costs, human losses and property damage costs, and indirect damage costs such as road user costs and indirect regional economic losses. For dealing with a variety of uncertainties associated with earthquake loads and capacities, a simulation-based reliability approach is used. The SMART-DRAIN-2DX, which is a modified version of the well-known DRAIN-2DX, is extended by incor-porating LCC analysis based on the LCC function developed in the study. Economic efficiencies for optimal seismic upgradings of the continuous PC segmental bridges are assessed using the proposed LCC functions and benefit-cost ratio.
A methodology for estimation of statistical properties (viz. mean and standard deviation) of the expected seismic damage to reinforced concrete framed structures subject to corrosion of reinforcement, over a specified reference time (typically the service life of the structure) is proposed in this paper. The damage to the structure under the earthquake loading is characterised by the damage index, determined using the modified Park and Ang damage model. The reduction in area, yield strength and strain at ultimate of steel reinforcement, and the reduction in compressive strength of cover concrete due to corrosion are taken into account in the estimation of damage. The proposed methodology is illustrated through an example problem. From the results obtained, it is noted that there is an increase of about 70% in the mean value of expected seismic damage to the reinforced concrete frame considered over a reference time of 30 years when effect of corrosion is taken into consideration. This indicates that there is a need to consider the effect of corrosion of reinforcement on the estimation of expected seismic damage.
A large main shock may consist of numerous aftershocks with a short period. The aftershocks induced by a large main shock can cause the collapse of a structure that has been already damaged by the preceding main shock. These aftershocks are important factors in structural damages. Furthermore, despite what is often assumed in seismic design codes, earthquakes do not usually occur as a single event, but as a series of strong aftershocks and even fore shocks. For this reason, this study investigates the effect and potential of consecutive earthquakes on the response and behavior of concrete structures. At first, six moment resisting concrete frames with 3, 5, 7, 10, 12 and 15 stories are designed and analyzed under two different records with seismic sequences from real and artificial cases. The damage states of the model frames were then measured by the Park and Ang's damage index. From the results of this investigation, it is observed that the sequences of ground motions can almost double the accumulated damage and increased response of structures. Therefore, it is certainly insufficient to ignore this effect in the design procedure of structures. Also, the use of artificial seismic sequences as design earthquake can lead to non-conservative prediction of behavior and damage of structures under real seismic sequences.
Yesilyurt, Ali;Zulfikar, Abdullah C.;Tuzun, Cuneyt
Earthquakes and Structures
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v.21
no.6
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pp.627-639
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2021
Fragility curves are being more significant as a useful tool for evaluating the relationship between the earthquake intensity measure and the effects of the engineering demand parameter on the buildings. In this paper, the effect of different site conditions on the vulnerability of the structures was examined through the fragility curves taking into account different strength capacities of the precast columns. Thus, typical existing single-story precast RC industrial buildings which were built in Turkey after the year 2000 were examined. The fragility curves for the three typical existing industrial structures were derived from an analytical approach by performing non-linear dynamic analyses considering three different soil conditions. The Park and Ang damage index was used in order to determine the damage level of the members. The spectral acceleration (Sa) was used as the ground motion parameter in the fragility curves. The results indicate that the fragility curves were derived for the structures vary depending on the site conditions. The damage probability of exceedance values increased from stiff site to soft site for any Sa value. This difference increases in long period in examined buildings. In addition, earthquake demand values were calculated by considering the buildings and site conditions, and the effect of the site class on the building damage was evaluated by considering the Mean Damage Ratio parameter (MDR). Achieving fragility curves and MDR curves as a function of spectral acceleration enables a quick and practical risk assessment in existing buildings.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.2
no.1
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pp.95-111
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1998
In this study, the concepts and procedures of the seismic damage analysis methods are examined for both the element-level and the system-level. The seismic damage analysis at the element-level is performed for several example structures using existing method for structural elements or single-degree-of-freedom (SDOF) systems such as the Park and Ang method. In order to analyze seismic damage at the system-level, two types of procedures are used. In the first type of procedure, the system-level seismic responses can be estimated by using the system representative response method(SRRM), or the equivalent SDOF system response method (ESDOF-SRM). Then, the system-level seismic damage is analyzed from the system-level seismic responses using existing method for structural elements or SDOF systems. IN the second type of procedure, the system-level seismic damages are analyzed using the element damage combination method (EDCM) combing the element-level damage indices determined by existing method. To compare tendency of the seismic damage analysis using each methods, example analysis is accomplished for several cases of different structures and different earthquake excitation.
지진이 발생하는 환경에서 철근콘크리트구조의 신뢰성을 수명주기비용에 근거하여 체계적으로 평가하는 방법을 제시하였다. 구조물의 기능성과 경제적인 효용성을 나타내기 위하여 각각 손상확률과 평균수명 주기비용의 개념을 사용하였다. 생애주기 동안 발생할 수 있는 지진에 의하여 구조물이 입게 될 손상을 보상하기 위하여 소요되는 평균손상비용을 평균수명주기비용의 주요 항목으로 고려하여 분석하였다. 구조물의 다양한 손상상태에서 손상비용을 나타내기 위해 요구되는 비용함수는 Park-Ang 손상지수의 중앙값을 독립변수로 하는 함수로 가정하였다. 지진에 의한 구조물의 손상해석은 UCI에서 개발된 SMART-DRAIN의 시뮬레이션기법을 사용하여 그 불확실성을 고려하였다. 제시된 방법을 현행 규준에 의하여 설계된 7층 사무실 건물에 적용하여 그 가능성을 살펴보았다.
This paper identifies the effects of infill wall existence and arrangement in the seismic response of steel frame structures. The methodology followed was based on the utilisation of overall seismic response indicators that distil the complexity of structural response in a single value hence enabling their straightforward comparative and statistical post process. The overall structure damage index after Park/Ang ($OSDI_{PA}$) and the maximum inter-story drift ratio (MISDR) have been selected as widely utilized structural seismic response parameters in contemporary state of art. In this respect a set of 225 Greek antiseismic code (EAK) spectrum compatible artificial accelerograms have been created and a series of non-linear dynamic analyses have been executed. Data were obtained through nonlinear dynamic analyses carried on an indicative steel frame structure with 5 different infill wall topologies. Results indicated the significant overall contribution of infill walls with a reduction that ranged 35-47% of the maximum and 74-81% of the average recorded $OSDI_{PA}$ values followed by an overall reduction of 64-67% and 58-61% for the respective maximum and average recorded MISDR values demonstrating the relative benefits of infill walls presence overall as well as localised with similar reductions observed in 1st level damage indicators.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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