Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.27
no.6
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pp.509-516
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2014
Accuracy of seismic response evaluated by a capacity spectrum method (CSM) is generally known to be less than that by Incremental dynamic analysis (IDA). In this paper, a procedure for IDA based seismic fragility curves for steel moment resisting frames was suggested. This study compares seismic fragility curves using the suggested method (IDA method) with those using a CSM and intends to verify the validity of the IDA method. The shapes of both seismic fragility curves are similar in slight and moderate damage states. However, in the case of extensive and complete damage states, the fragility curves obtained from the IDA method presents a more steep slope due to less variation (or uncertainties). This is due to the fact that the IDA method can properly capture the structural response beyond yielding rather than the CSM.
In the present paper, a Monte Carlo-based framework is developed to investigate the accuracy and reliability of analytical fragility curves of steel moment-resisting frames and simple SDOF systems. It is also studied how the effectiveness of incremental dynamic analysis (IDA) and multiple stripes analysis (MSA) approaches, as two common nonlinear dynamic analysis methods, are influenced by the number of records and analysis stripes in fragility curves producing. Results showed that the simple SDOF systems do not provide accurate and reliable fragility curves compared with realistic steel moment-resisting structures. It is demonstrated that, the effectiveness of nonlinear dynamic analysis approaches is dependent on the fundamental period of structures, where in short-period structures, IDA is found to be more effective approach compared with MSA. This difference between the effectiveness of two analysis approaches decreases as the fundamental period of structures become longer. Using of 2 or 3 analysis stripes in MSA approach leads to significant inaccuracy and unreliability in the estimated fragility curves. Additionally, 15 number of ground motion records is recommended as a threshold of significant unreliability in estimated fragility curves, constructed by MSA.
Moayedifar, Arsham;Nejati, Hamid Reza;Goshtasbi, Kamran;Khosrotash, Mohammad
Earthquakes and Structures
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v.16
no.6
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pp.705-714
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2019
Seismic assessment of underground structures is one of the challenging problems in engineering design. This is because there are usually many sources of uncertainties in rocks and probable earthquake characteristics. Therefore, for decreasing of the uncertainties, seismic response of underground structures should be evaluated by sufficient number of earthquake records which is scarcely possible in common seismic assessment of underground structures. In the present study, a practical risk-based approach was performed for seismic risk assessment of an unsupported tunnel. For this purpose, Incremental Dynamic Analysis (IDA) was used to evaluate the seismic response of a tunnel in south-west railway of Iran and different analyses were conducted using 15 real records of earthquakes which were chosen from the PEER ground motion database. All of the selected records were scaled to different intensity levels (PGA=0.1-1.7 g) and applied to the numerical models. Based on the numerical modeling results, seismic fragility curves of the tunnel under study were derived from the IDA curves. In the next, seismic risk curve of the tunnel were determined by convolving the hazard and fragility curves. On the basis of the tunnel fragility curves, an earthquake with PGA equal to 0.35 g may lead to severe damage or collapse of the tunnel with only 3% probability and the probability of moderate damage to the tunnel is 12%.
This paper investigates the seismic performance of buildings designed using DDBD (Direct Displacement based Design) and FBD (Force based Design) approaches from the probabilistic viewpoint. It aims to estimate the collapse capacity of structures and assess the adequacy of seismic design codes. In this regard, (i) IDA (Incremental Dynamic Analysis) curves, (ii) interstory drift demand distribution curves, (iii) fragility curves, and (iv) the methodology provided by FEMA P-695 are applied to examine two groups of RC moment resistant frame buildings: 8-story structures with different plans, to study the effect of different span arrangements; and 3-, 7- and 12-story structures with a fixed plan, to study the dynamic behavior of the buildings. Structural modeling is performed in OpenSees software and validated using the results of an experimental model. It is concluded that increasing the building height would not significantly affect the response estimation of IDA and fragility curves of DDBD-designed structures, while the change in span arrangements is effective in estimating responses. In the investigation of the code adequacy, unlike the FBD approach, the DDBD can satisfy the performance criteria presented in FEMA P-695 and hence provide excellent performance.
Fragility curves are useful tools to estimate the damage probability of buildings owing to seismic actions. The purpose of this study is to investigate seismic vulnerability of reinforced concrete (RC) buildings, according to the 2007 and 2018 Turkish Seismic Codes, using fragility curves. For the numerical analyses, typical five- and seven-storey RC buildings were selected and incremental dynamic analyses (IDA) were performed. To complete the IDAs, eleven earthquake acceleration records multiplied by various scaling factors from 0.2g to 0.8g were used. To predict nonlinearity, a distributed hinge model that involves material and geometric nonlinearity of the structural members was used. Damages to confined concrete and reinforcement bar of structural members were obtained by considering the unit deformation demands of the 2007 Turkish Seismic Code (TSC-2007) and the 2018 Turkey Building Earthquake Code (TBEC-2018). Vulnerability evaluation of these buildings was performed using fragility curves based on the results of incremental dynamic analyses. Fragility curves were generated in terms of damage levels occurring in confined concrete and reinforcement bar of structural members with a lognormal distribution assumption. The fragility curves show that the probability of damage occurring is more according to TBEC-2018 than according to TSC-2007 for selected buildings.
In this study, it has been tried to prepare an analytical fragility curves for isolated straight continues highway bridges by considering different spectral intensity measures. A three-span concrete isolated bridge has been selected and the seismic performance of the bridge has been improved by Lead Rubber Bearing (LRB). Incremental Dynamic Analysis (IDA) is applied to the bridge in longitudinal direction. A suite of 14 earthquake ground motions from medium to sever motions are scaled and used for nonlinear time history analysis. Fragility function considers the relationship of earthquake intensity measures (IM) and probability of exceeding certain Damage State (DS). A full three dimensional finite element model of the isolated bridge has been developed and analyzed. A wide range of different intensity measures are selected and the optimal intensity measure which has the less dispersion is proposed.
Rojas-Mercedes, Norberto;Erazo, Kalil;Di Sarno, Luigi
Earthquakes and Structures
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v.22
no.5
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pp.503-515
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2022
This paper presents the development of seismic fragility curves for a precast reinforced concrete bridge instrumented with a structural health monitoring (SHM) system. The bridge is located near an active seismic fault in the Dominican Republic (DR) and provides the only access to several local communities in the aftermath of a potential damaging earthquake; moreover, the sample bridge was designed with outdated building codes and uses structural detailing not adequate for structures in seismic regions. The bridge was instrumented with an SHM system to extract information about its state of structural integrity and estimate its seismic performance. The data obtained from the SHM system is integrated with structural models to develop a set of fragility curves to be used as a quantitative measure of the expected damage; the fragility curves provide an estimate of the probability that the structure will exceed different damage limit states as a function of an earthquake intensity measure. To obtain the fragility curves a digital twin of the bridge is developed combining a computational finite element model and the information extracted from the SHM system. The digital twin is used as a response prediction tool that minimizes modeling uncertainty, significantly improving the predicting capability of the model and the accuracy of the fragility curves. The digital twin was used to perform a nonlinear incremental dynamic analysis (IDA) with selected ground motions that are consistent with the seismic fault and site characteristics. The fragility curves show that for the maximum expected acceleration (with a 2% probability of exceedance in 50 years) the structure has a 62% probability of undergoing extensive damage. This is the first study presenting fragility curves for civil infrastructure in the DR and the proposed methodology can be extended to other structures to support disaster mitigation and post-disaster decision-making strategies.
Near field ground motions have caused several structural damages in recent decades. As a result, seismic codes are being updated with related requirements. In this paper a comparative study on the seismic behavior of concentrically braced frames (CBFs) designed based on different seismic codes is performed. Reliability of various frames with different heights and bracing types are analyzed based on the results of "Incremental Dynamic Analysis" (IDA) under near field ground motions. Fragility curves corresponding to IO (Immediate Occupancy) and CP (Collapse Prevention) limit states are extracted based on IDA curves. Results imply that, frames designed based on the near field seismic design criteria of UBC-97 are more reliable under near field ground motions and their failure probability is less comparing to others.
In this paper, a procedure to develop fragility curves of structures equipped with semi-active tuned mass dampers (SATMDs) considering multiple failure criteria has been presented while accounting for the uncertainties of the input excitation, structure and control device parameters. In this procedure, Latin hypercube sampling (LHS) method has been employed to generate 30 random SATMD-structure systems and nonlinear incremental dynamic analysis (IDA) has been conducted under 20 earthquakes to determine the structural responses, where failure probabilities in each intensity level have been evaluated using Monte Carlo simulation (MCS) method. For numerical analysis, an eight-story nonlinear shear building frame with bilinear hysteresis material behavior has been used. Fragility curves for the structure equipped with optimal SATMDs have been developed considering single and multiple failure criteria for different performance levels and compared with that of uncontrolled structure as well as structure controlled using passive tuned mass damper (TMD). Numerical analysis has shown the capability of SATMDs in significant enhancement of the seismic fragility of the nonlinear structure. Also, considering multiple failure criteria has led to increasing the fragility of the structure. Moreover, it is observed that the influence of the uncertainty of input excitation with respect to the other uncertainties is considerable.
Kia, M.;Bayat, M.;Emadi, A.;Kutanaei, S. Soleimani;Ahmadi, H.R
Computers and Concrete
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v.29
no.1
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pp.59-67
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2022
In this paper, a reliability-based approach has been implemented to develop seismic analytical fragility curves of highway bridges. A typical bridge class of the Central and South-eastern United States (CSUS) region was selected. Detailed finite element modelling is presented and Incremental Dynamic Analysis (IDA) is used to capture the behavior of the bridge from linear to nonlinear behavior. Bayesian linear regression method is used to define the demand model. A reliability approach is implemented to generate the analytical fragility curves and the proposed approach is compared with the conventional fragility analysis procedure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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