One common method to select input ground motions to predict dynamic behavior of structures subjected to seismic excitation requires spectral acceleration (Sa) match target mean response spectrum. However, dispersion of ground motions, which explicitly affects the structural response, is rarely discussed in this method. Generally, selecting ground motions matching target mean and variance has been utilized as an appropriate method to predict reliable seismic response. The goal of this paper is to investigate the impact of target spectra variance of ground motions on structural seismic response. Two sets of ground motions with different target variances (zero variance and minimum variance larger than inherent variance of the target spectrum) are selected as input to two different structures. Structural responses at different heights are compared, in terms of peak, mean and dispersion. Results show that increase of target spectra variance tends to increase peak floor acceleration, peak deformation and dispersions of response of interest remarkably. To short-period structures, dispersion increase ratios of seismic response are close to that of Sa of input ground motions at the first period. To long-period structures, dispersions of floor acceleration and floor response spectra increase more significantly at the bottom, while dispersion increase ratios of IDR and deformation are close to that of Sa of input ground motions at the first period. This study could further provide useful information on selecting appropriate ground motion to predict seismic behavior of different types of structures.
The dynamic response and seismic damage of single-layer reticulated shells in the near field of a rupturing fault can be different from those in the far field due to the different characteristics in the ground motions. To investigate the effect, the dynamic response and seismic damage of this spatial structures subjected to two different ground motions were numerically studied by nonlinear dynamic response analysis. Firstly, twelve seismic waves with an apparent velocity pulse, including horizontal and vertical seismic waves, were selected to represent the near-fault ground motion characteristics. In contrast, twelve seismic records recorded at the same site from other or same events where the epicenter was far away from the site were employed as the far-fault ground motions. Secondly, the parametric modeling process of Kiewitt single-layer reticulated domes using the finite-element package ANSYS was described carefully. Thirdly, a nonlinear time-history response analysis was carried out for typical domes subjected to different earthquakes, followed by analyzing the dynamic response and seismic damage of this spatial structures under two different ground motions based on the maximum nodal displacements and Park-Ang index as well as dissipated energy. The results showed that this spatial structures in the near field of a rupturing fault exhibit a larger dynamic response and seismic damage than those obtained from far-fault ground motions. In addition, the results also showed that the frequency overlap between structures and ground motions has a significant influence on the dynamic response of the single-layer reticulated shells, the duration of the ground motions has little effects.
Near-field ground motions exhibit special characteristics that are different from ordinary far-field ground motions. This paper first briefly examines the characteristics of near-field ground motions associated with fault directivity and fling-step effects. Then evaluation of near-field ground motions by inelatstic response spectrum analysis is performed and analyzed. As a result, ductility demand in near-field ground motions is larger in hanging wall than in foot wall in long period regions. Also in long period regions ductility demand in soil site is larger than that in rock site.
In low to moderate seismic regions, there are limited earthquake ground motion data recorded from past earthquakes. In this regard, the Gyeongju earthquake (M=5.8)occurred on September 12, 2016 produces valuable information on ground motions. Ground motions were recorded at various recording stations located widely in Korean peninsula. Without actual recoded ground motions, it is impossible to make a ground motion prediction model. In this study, a point source model is constructed to accurately simulate ground motions recorded at different stations located on different soil conditions during the Gyeongju earthquake. Using the model, ground motions are generated at all grid locations of Korean peninsula. Each grid size has $0.1^{\circ}(latitude){\times}0.1^{\circ}(longitude)$. Then a contour hazard map is constructed using the peak ground acceleration of the simulated ground motions.
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.
Near-field ground motions exhibit special characteristics that are different from ordinary far-field ground motions. In this study the shaking table tests were conducted to evaluate the effect of earthquake ground motions with different characteristics on the response of the structure. The ground motions used in this study were the scenario earthquake, design earthquake, and Chi-Chi earthquake measured in TCU052 station. These earthquakes have different frequency contents. The test results show that the frequency content of ground motion is very important to the response of structures. The floor responses of structure were greatly affected by the higher modal frequencies, as well as the fundamental frequency. The responses of third floor were significantly reduced due to the interaction between the structure and the base isolated mass installed at the third floor.
This paper focuses on the stochastic response analysis of industrial masonry chimneys to surface blast-induced random ground motions by using a three dimensional finite element model. Underground blasts induce ground shocks on nearby structures. Depending on the distance between the explosion centre and the structure, masonry structures will be subjected to ground motions due to the surface explosions. Blast-induced random ground motions can be defined in terms of the power spectral density function and applied to each support point of the 3D finite element model of the industrial masonry system. In this paper, mainly a parametric study is conducted to estimate the effect of the blast-induced ground motions on the stochastic response of a chimney type masonry structure. With this purpose, different values of charge weight and distance from the charge centre are considered for the analyses of the chimney. The results of the study underline the remarkable effect of the surface blast-induced ground motions on the stochastic behaviour of industrial masonry type chimneys.
근단층 지역에 위치한 교량은 근단층지반운동에 대한 내진안전성을 확보하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 연약지반이 두껍고 다양한 지층으로 구성된 지역에 건설되는 단일형 현장타설말뚝 교량의 지진거동특성과 내진안전성을 분석하였다. 근단층지반운동을 생성하고 지반해석을 수행하여 각 지층에서의 지반가속도이력을 산정하였다. 이 가속도이력을 이용하여 각 지층의 지반을 등가스프링으로 모델화하고, 각 지층에서의 가속도시간이력을 입력지반운동으로 하는 다지점 가진 지진해석을 수행하였다. 근단층지반운동의 특성으로 인하여 교량은 탄성영역 내에서 거동하였지만 최대모멘트의 발생 위치 등이 설계지반운동을 고려할 때와는 상이한 특성을 보였다.
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.
Recently, some of the most destructive earthquakes have occurred in South Korea since earthquake observations began in 1978. In particular, the soil liquefactions have been reported in Pohang as a result of the ML 5.4 earthquake that occurred in November 2017. Liquefaction-induced ground deformations can cause significant damage to a wide range of buildings and infrastructures. Therefore, it is necessary to take practical steps to ensure safety during an earthquake. In the current seismic design in South Korea, the Hachinohe earthquake and Ofunato earthquake recorded in Japan, along with artificial earthquakes, have been generally used for input motions in dynamic analyses. However, such strong ground motions are only from Japan, and artificial earthquake ground motions are different from real ground motions. In this study, seven ground motions are selected, including those recorded in South Korea, while others are compatible to the current design spectra of South Korea. The effects of the newly selected ground motions on site response analyses and liquefaction analyses are evaluated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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