Lang Liu;Hao Luo;Mingming Wang;Yanhang Wang;Changqi Zhao;Nanyue Shi
Earthquakes and Structures
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제27권4호
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pp.303-315
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2024
This study proposes a comprehensive methodology for estimating accumulative damage of bridge structures under multiple seismic excitations, in the framework of site-specific probabilistic hazard analysis. Specifically, a typical earthquake-prone region in China is chosen to perform probabilistic seismic hazard analysis (PSHA) to find the mean annual rate (MAR) of ground motion intensity at a specific level, based on which, a mass of ground motion observations is selected to construct random earthquake sequences with various number of shocks. Then, nonlinear time history analysis is implemented on the finite element (FE) model of a RC girder bridge at the site of interest, to investigate structural responses under different earthquake sequences, and to develop predictive model for cumulative damage computation, in which, a scalar seismic intensity measure (IM) is adopted and its performance in damage prediction is discussed by an experimental column. Furthermore, a mathematic model is established to calculate occurrence probability of earthquakes with various number of shocks, based on PSHA and homogenous Poisson random process, and a modified cumulative damage indicator is proposed, accounting for probabilistic occurrence of various earthquake scenarios. At end, the applicability of the proposed methodology to main shock and aftershock scenarios is validated, and characteristics of damage accumulation under different multiple earthquake scenarios are discussed.
The paper presents a methodology for developing earthquake damage and loss scenarios for urban areas, as well as its application to two cities located in Mediterranean countries, Grevena (in Greece) and D$\ddot{u}$zce (in Turkey), that were struck by strong earthquakes in the recent past. After compiling the building inventory in each city, fragility curves were derived using a hybrid approach previously developed by the authors, and a series of seismic scenarios were derived based on microzonation studies that were specifically conducted for each city (see companion paper by Pitilakis et al.). The results obtained in terms of damage estimates, required restoration times and the associated costs are presented in a GIS environment. It is deemed that both the results obtained, and the overall methodology and tools developed, contribute towards the enhancement of seismic safety in the Mediterranean area (as well as other earthquake-prone regions), while they constitute a useful pre-earthquake decision-making tool for local authorities.
For areas such as the Korean Peninsula, which have moderate seismic activity but no available records of strong ground motion, synthetic seismograms can be used to evaluate ground motion without waiting for a strong earthquake. Such seismograms represent the estimated ground motions expected from a set of possible earthquake scenarios. Local site effects are especially important in assessing the seismic hazard and possible ground motion scenarios for a specific fault. The earthquake source and rupture dynamics can be described as a two-step process of rupture initiation and front propagation controlled by a frictional sliding mechanism. The seismic wavefield propagates through heterogeneous geological media and finally undergoes near-surface modulations such as amplification or deamplification. This is a complex system in which various scales of physical phenomena are integrated. A unified approach incorporates multi-scale problems of dynamic rupture, radiated wave propagation, and site effects into an all-in-one model using a three-dimensional, fourth-order, staggered-grid, finite-difference method. The method explains strong ground motions as products of complex systems that can be modified according to a variety of fine-scale rupture scenarios and friction models. A series of such deterministic earthquake scenarios can shed light on the kind of damage that would result and where it would be located.
Su, Xiaohui;Ming, Keyu;Zhang, Xiaodong;Liu, Junming;Lei, Da
Journal of Information Processing Systems
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제17권1호
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pp.14-27
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2021
Strong earthquakes have caused substantial losses in recent years, and earthquake risk prevention has aroused a significant amount of attention. Earthquake risk prevention products can help improve the self and mutual-rescue abilities of people, and can create convenient conditions for earthquake relief and reconstruction work. At present, it is difficult for earthquake risk prevention information systems to meet the information requirements of multiple scenarios, as they are highly specialized. Aiming at mitigating this shortcoming, this study investigates and analyzes four user roles (government users, public users, social force users, insurance market users), and summarizes their requirements for earthquake risk prevention products in the whole disaster chain, which comprises three scenarios (pre-quake preparedness, in-quake warning, and post-quake relief). A targeted recommendation rule base is then constructed based on the case analysis method. Considering the user's location, the earthquake magnitude, and the time that has passed since the earthquake occurred, a targeted recommendation model is built. Finally, an Android APP is implemented to realize the developed model. The APP can recommend multi-form earthquake risk prevention products to users according to their requirements under the three scenarios. Taking the 2019 Lushan earthquake as an example, the APP exhibits that the model can transfer real-time information to everyone to reduce the damage caused by an earthquake.
The paper presents the damage estimation of bridge structures in Daegu city based on the scenario-based earthquakes. Since the fragility curves for domestic bridge strucures are limited, the Hazus methodology is employed to derive the fragility curves and estimate the damage. A total of four earthuquake scenarios near Daegu city are assumed and structure damage is investigated for 81 bridge structures. The seismic fragility function and damage level of each bridge had adopted from the analytical method in HAZUS and then, the damage probability using seismic fragility function for each bridge was evaluated. It was concluded that the seismic damage to bridges was higher when the magnitude of the earthquake was large or nearer to the epicenter.
This paper addresses numerically the behavior of steel structures under Fire-after-Earthquake (FAE) loading. The study is focused on a four-storey library building and takes into account the damage that is induced in structural members due to earthquake. The basic objective is the assessment of both the fire-behavior and the fire-resistance of the structure in the case where the structure is damaged due to earthquake. The combined FAE scenarios involve two different stages: during the first stage, the structure is subjected to the ground motion record, while in the second stage the fire occurs. Different time-acceleration records are examined, each scaled to multiple levels of the Peak Ground Acceleration (PGA) in order to represent more severe earthquakes with lower probability of occurrence. In order to study in a systematic manner the behavior of the structure for the various FAE scenarios, a two-dimensional beam finite element model is developed, using the non-linear finite element analysis code MSC-MARC. The fire resistance of the structure is determined using rotational limits based on the ductility of structural members that are subjected to fire. These limits are temperature dependent and take into account the level of the structural damage at the end of the earthquake and the effect of geometric initial imperfections of structural members.
Ye, Zhongnan;Heidarpour, Amin;Jiang, Shouchao;Li, Yingchao;Li, Guoqiang
Steel and Composite Structures
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제43권5호
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pp.673-688
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2022
Post-earthquake fire is a major threat since most structures are designed allowing some damage during strong earthquakes, which will expose a more vulnerable structure to post-earthquake fire compared to an intact structure. A series of experimental research on steel-concrete composite beam-to-column joints subjected to fire after cyclic loading has been carried out and a clear reduction of fire resistance due to the partial damage caused by cyclic loading was observed. In this paper, by using ABAQUS a robust finite element model is developed for exploring the performance of steel-concrete composite joints in post-earthquake fire scenarios. After validation of these models with the previously conducted experimental results, a comprehensive numerical analysis is performed, allowing influential parameters affecting the post-earthquake fire behavior of the steel-concrete composite joints to be identified. Specifically, the level of pre-damage induced by cyclic loading is regraded to deteriorate mechanical and thermal properties of concrete, material properties of steel, and thickness of the fire protection layer. It is found that the ultimate temperature of the joint is affected by the load ratio while fire-resistant duration is relevant to the heating rate, both of which change due to the damage induced by the cyclic loading.
Seismic risk management has two main technical aspects: to recommend the construction of high-performance buildings and other structures using earthquake-resistant designs or evaluate existing ones, and to prepare emergency plans using realistic seismic scenarios. An overview of seismic risk assessment methodologies in Croatia is provided with details regarding the components of the assessment procedures: hazard, vulnerability and exposure. For Croatia, hazard is presented with two maps and it is expressed in terms of the peak horizontal ground acceleration during an earthquake, with the return period of 95 or 475 years. A standard building typology catalogue for Croatia has not been prepared yet, but a database for the fourth largest city in Croatia is currently in its initial stage. Two methods for earthquake vulnerability assessment are applied and compared. The first is a relatively simple and fast analysis of potential seismic vulnerability proposed by Croatian researchers using damage index (DI) as a numerical value indicating the level of structural damage, while the second is the Macroseismic method.
Traditional immovable cultural assets are significant in terms of societal memory and cultural continuity. Therefore, it is essential to preserve their original qualities without alteration while also assessing their resilience under various influences. This study aims to document the Kırklareli Museum building and conduct a performance analysis for potential earthquake scenarios. To this end, surveys of the structure were conducted, on-site inspections were carried out, and ground and material properties were determined for use in the analysis. The 3D model of the structure was prepared to understand its behavior during earthquakes. The analysis results indicate that there will be no damage to the structure. However, it should be noted that damage could occur in the event of a more severe earthquake than the design earthquake specified by the regulations. This study is significant not only for encompassing the museum structure but also for providing a comprehensive evaluation by determining all material properties.
화산재 누적에 따라 발생할 수 있는 각 분야별 피해를 산정하는 것은 화산재 재해를 대비하는 측면에서 매우 중요하다. 본 연구에서는 기존 연구에서 제시된 공간정보 기반의 국내 화산재 피해 분야에 대하여 아소산 화산재 모의 확산 시나리오를 적용하여 각 분야에서 발생할 수 있는 화산재 피해의 정도를 나타냈다. 이를 위하여 기존의 사례 연구를 통하여 제시된 국내 화산재 피해 분야와 관련된 공간정보 자료를 수집하고 가공함으로써 화산재 피해 기반자료를 생성하였다. 수집된 두 개의 아소산 화산 모의 분화 시나리오를 활용하여 중첩분석을 통해 분야별 피해를 나타냈다. 그 결과 각 분화 시나리오에 대하여 162개, 134개 시군구에서 강회 피해 최소 기준인 0.01 mm 이상의 강회량에 따라 피해가 발생할 것으로 예상되었다. 가장 강회량이 많은 행정구역(시나리오 190805-강원, 경북; 시나리오 190811-춘천, 홍천)을 선정하여 발생 가능한 분야별 피해의 정도를 수집 가공한 공간정보 자료를 활용하여 서로 비교하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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