Reinforced concrete containment (RCC) building has long been considered as the last barrier for keeping the radiation from leaking into the environment. It is important to quantify the performance of these structures and facilities considering extreme conditions. However, the preceding research on evaluating nuclear power plant (NPP) structures, particularly considering mainshock-aftershock seismic sequences, is deficient. Therefore, this manuscript serves to investigate the seismic fragility of a typical RCC building subjected to mainshock-aftershock seismic sequences. The implementation of the fragility assessment has been performed based on the incremental dynamic analysis (IDA) method. A lumped mass RCC model considering the tri-linear skeleton curve and the maximum point-oriented hysteretic rule is employed for IDA analyses. The results indicate that the seismic capacity of the RCC building would be overestimated without taking into account the mainshock-aftershock effects. It is also found that the seismic capacity of the RCC building decreases with the increase of the relative intensity of aftershock ground motions to mainshock ground motions. In addition, the effects of artificial mainshock-aftershock ground motions generated from the repeated and randomized approaches and the polarity of the aftershock with respect to the mainshock on the evaluation of the RCC are also researched, respectively.
Rapid post-earthquake damage estimation of subway stations is particularly necessary to improve short-term crisis management and safety measures of urban subway systems after a destructive earthquake. The conventional Performance-Based Earthquake Engineering (PBEE) framework with constant earthquake occurrence rate is invalid to estimate the aftershock risk because of the time-varying rate of aftershocks and the uncertainty of mainshock-damaged state before the occurrence of aftershocks. This study presents a time-varying probabilistic seismic risk assessment framework for underground structures considering mainshock and aftershock hazards. A discrete non-omogeneous Markov process is adopted to quantify the time-varying nature of aftershock hazard and the uncertainties of structural damage states following mainshock. The time-varying seismic risk of a typical rectangular frame subway station is assessed under mainshock-only (MS) hazard and mainshock-aftershock (MSAS) hazard. The results show that the probabilities of exceeding same limit states over the service life under MSAS hazard are larger than the values under MS hazard. For the same probability of exceedance, the higher response demands are found when aftershocks are considered. As the severity of damage state for the station structure increases, the difference of the probability of exceedance increases when aftershocks are considered. PSDR=1.0% is used as the collapse prevention performance criteria for the subway station is reasonable for both the MS hazard and MSAS hazard. However, if the effect of aftershock hazard is neglected, it can significantly underestimate the response demands and the uncertainties of potential damage states for the subway station over the service life.
This paper presents a framework for developing aftershock fragility curves for reinforced concrete bridges initially damaged by mainshocks. The presented aftershock fragility is a damage-dependent fragility function, which is conditioned on an initial damage state resulting from mainshocks. The presented framework can capture the cumulative damage of as-built bridges due to mainshock-aftershock sequences as well as the reduced vulnerability of bridges repaired with CFRP pier jackets. To achieve this goal, the numerical model of column jackets is firstly presented and then validated using existing experimental data available in literature. A four-span concrete box-girder bridge is selected as a case study to examine the application of the presented framework. The aftershock fragility curves are derived using response data from back-to-back nonlinear dynamic analyses under mainshock-aftershock sequences. The aftershock fragility curves for as-built bridge columns are firstly compared with different levels of initial damage state, and then the post-repair effect of FRP pier jacket is examined through the comparison of aftershock fragility curves for as-built and repaired piers.
Hosseini, Seyed Amin;Ruiz-Garcia, Jorge;Massumi, Ali
Structural Engineering and Mechanics
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제72권3호
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pp.395-408
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2019
Engineered structures built in seismic-prone areas are affected by aftershocks in addition to mainshocks. Although aftershocks generally are lower in magnitude than that of the mainshocks, some aftershocks may have higher intensities; thus, structures should be able to withstand the effect of strong aftershocks as well. This seismic scenario arises for far-field mainshock along with near-field aftershocks. In this study, four 2D reinforced concrete (RC) frames with different numbers of stories were designed in accordance with the current Iranian seismic design code. As a way to evaluate the seismic response of the case-study RC frames, the inter-story drift ratio (IDR) demand, the residual inter-story drift ratio (RIDR) demand, the Park-Ang damage index, and the period elongation ratio can be useful engineering demand parameters for evaluating their seismic performance under mainshock-aftershock sequences. The frame models were analyzed under a set of far-field mainshock, near-fault aftershocks seismic sequences using nonlinear dynamic time-history analysis to investigate the relationship among IDR, RIDR, Park-Ang damage index and period ratio experienced by the frames. The results indicate that the growth of IDR, RIDR, Park-Ang damage index, and period ratio in high-rise and short structures under near-fault aftershocks were significant. It is evident that engineers should consider the effects of near-fault aftershocks on damaged frames that experience far-field mainshocks as well.
This is paper presents the results of an analytical study aimed at evaluating the effect of narrow-banded mainshock/aftershock seismic sequences on the response of structures built on very soft soil sites. Due to the scarce availability of recorded seismic sequences in accelerographic stations located in the lake-bed of Mexico City, artificial narrow-banded sequences were employed. In the first part of this study, a parametric investigation was carried out to identify the mainshock/aftershock ground motion features that have detrimental effects in the seismic performance of equivalent single-degree-of-freedom systems representative of framed-buildings that house standard and essential facilities. In the second part of this work, the seismic response of two (8- and 18-story) steel-moment resisting frames that house essential facilities is examined. It is concluded that buildings with fundamental periods of vibration longer than the dominant period of the mainshock can experience a significant increment in their inter-story drift demands due to the occurrence of an aftershock.
This paper investigates the effect of aftershocks on the seismic performance of self-centering (SC) prestressed concrete frames using the probabilistic seismic demand analysis methodology. For this purpose, a 4-story SC concrete frame and a conventional reinforced concrete (RC) frame are designed and numerically analyzed through nonlinear dynamic analyses based on a set of as-recorded mainshock-aftershock seismic sequences. The peak and residual story drifts are selected as the demand parameters. The probabilistic seismic demand models of the SC and RC frames are compared, and the SC frame is found to have less dispersion of peak and residual story drifts. The results of drift demand hazard analyses reveal that the SC frame experiences lower peak story drift hazards and significantly reduced residual story drift hazards than the RC frame when subjected to the mainshocks only or the mainshock-aftershock sequences, which demonstrates the advantages of the SC frame over the RC frame. For both the SC and RC frames, the influence of as-recorded aftershocks on the drift demand hazards is small. It is shown that artificial aftershocks can produce notably increased drift demand hazards of the RC frame, while the incremental effect of artificial aftershocks on the drift demand hazards of the SC frame is much smaller. It is also found that aftershock polarity does not influence the drift demand hazards of both the SC and RC frames.
Michael Adane;Hyungoo Kang;Seungho Chun;Jinkoo Kim
Steel and Composite Structures
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제50권5호
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pp.549-562
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2024
In this study a steel moment frame system to be installed on the exterior surface of an existing structure is proposed as a seismic retrofit device. The seismic performance of the retrofit system was investigated by installing it on the exterior of a single story single bay reinforced concrete frame and testing it under cyclic loading. The cyclic loading test results indicated that the steel frame significantly enhanced the strength and ductility of the bare structure. Finite element analysis was carried out to validate the test results, and it was observed that there was good agreement between the two results. An analytical model was developed in order to apply the retrofit system to an example structure subjected to seven mainshock-aftershock sequential earthquake records. It was observed that the model structure was severely damaged due to the mainshock earthquakes, and the seismic response of the model structure increased significantly due to the subsequent aftershock earthquakes. The seismic retrofit of the model structure using the proposed steel frame turned out to be effective in decreasing the seismic response below the given limit state.
Successive ground motions having short time intervals have occurred in many earthquakes so far. It is necessary to investigate the effects of this phenomenon on different types of structures and to take these effects into consideration while designing or retrofitting structures. The effects of seismic sequences on the structures with combined reinforced concrete shear wall and moment resisting frame system have not been investigated in details yet. This paper has tried to analyse the seismic performance of structures with such structural systems subjected to mainshock-aftershock sequences. The effects of the seismic sequences on the investigated models are evaluated by strong measures such as IDA capacity and fragility and vulnerability curves. The results of this study show that the seismic sequences have a significant effect on the investigated models, which necessitates considering this effect on designing, retrofitting, decision making, and taking precautions.
Xue Zhang;Chunfeng Zhao;Lunhai Zhi;Rui Pang;Y.L. Mo
Nuclear Engineering and Technology
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제56권8호
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pp.3397-3404
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2024
The shield building of the AP1000 nuclear power plant serves as a crucial protective barrier against radioactive substances. However, past research indicates that structures are susceptible to experiencing aftershocks, which may lead to unforeseeable damage and potential radioactive material leakage. To address this issue, a finite element model of the shield building was established with the damage indexes of the tensile and compressive damage selected for further model analysis. According to the fundamental theory of reliability, the traditional incremental dynamic analysis method was used to analyze the seismic fragility of the shield building by inputting mainshock and aftershock sequences with three strength ratios. The results indicate that the seismic fragility of shield building may be underestimated without considering the influence of aftershocks and the damage state presents an upward tendency as the strength ratio increases. However, the cumulative damage caused by aftershocks is unlikely to exceed the initial damage induced by the corresponding mainshock. Overall, the aggravation of the compressive damage is less pronounced than the increase of the tensile damage as the strength ratio increases.
This paper focuses on the post-earthquake serviceability of steel arch bridges installed with three types of seismic dampers suffered mainshock-aftershock sequences. Two post-earthquake serviceability verification methods for the steel arch bridges are compared. The energy-absorbing properties of three types of seismic dampers, including the buckling restrained brace, the shear panel damper and the shape memory alloy damper, are investigated under major earthquakes. Repeated earthquakes are applied to the steel arch bridges to examine the influence of the aftershocks to the structures with and without dampers. The relative displacement is proposed for the horizontal transverse components in such complicated structures. Results indicate that the strain-based verification method is more conservative than the displacement-base verification method in evaluating the post-earthquake serviceability of structures and the seismic performance of the retrofitted structure is significantly improved.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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