Near field ground motions contain distinct, large amplitude pulses in both velocity and displacement. This paper presents an investigation on the characteristics of near filed earthquakes and their effects on seismic demands. For this purpose 20 sets of near field ground motion and 20 sets of far filed ground motion are compared with respect to Linear Elastic Response Spectrum(LERS), Response Modification Factor(R), Inelastic Response Spectrum(IRS), and performance point of Capacity Spectum Method(CSM).
This paper presents a study on the behavior of an RC bridge under near-field and far-field ground motions. For this purpose, a dynamic nonlinear finite element time history analysis has been conducted. The near-field and far-field records are chosen pairwise from the same events which are fits to the seismic design of the bridge. In order to perform an accurate seismic evaluation, the model has been analyzed under two vertical and horizontal components of ground motions. Parameters of relative displacement, residual displacement, and maximum plastic strain have been considered and compared in terms of near-field and far-field ground motions. In the following, in order to decrease the undesirable effects of near-field ground motions, a viscous damper is suggested and its effects have been studied. In this case, the results show that the near-field ground motions increase maximum relative and residual displacement respectively up to three and twice times. Significant seismic improvements were achieved by using viscous dampers on the bridge model. Somehow under the considered near-field ground motion, parameters of residual and relative displacement decrease dramatically even less than the model without damper under the far-field record of the same ground motion.
The use of passive energy dissipation devices has been widely used in the construction industry to minimize the probability of damage occurred under intense ground motion. In this study, collapse margin ratio (CMR) and fragility curves are the main parameters in the assessment to characterize the collapse safety of the structures. The assessment is done on three types of RC frame structures, incorporating three types of dampers, viscoelastic, friction, and BRB dampers. The Incremental dynamic analyses (IDA) were performed by simulating an array of 20 strong ground motion (SGM) records considering both far-field and near-field seismic scenarios that were followed by fragility curves. With respect to far-field ground motion records, the CMR values of the selected frames indicate to be higher and reachable to safety margin more than those under near-field ground motion records that introduce a high devastating impact on the structures compared to far-field excitations. This implies that the near field impact affects the ground movements at the site by attenuation the direction and causing high-frequency filtration. Besides that, the results show that the viscoelastic damper gives better performance for the structures in terms of reducing the damages compared to the other energy dissipation devices during earthquakes.
This study proposes an intelligent semi-active isolation system combining a variable-stiffness control device and ground motion characteristic prediction. To determine the optimal control parameter in real-time, a genetic algorithm (GA)-fuzzy control law was developed in this study. Data on various types of ground motions were collected, and the ground motion characteristics were quantified to derive a near-fault (NF) characteristic ratio by employing an on-site earthquake early warning system. On the basis of the peak ground acceleration (PGA) and the derived NF ratio, a fuzzy inference system (FIS) was developed. The control parameters were optimized using a GA. To support continuity under near-fault and far-field ground motions, the optimal control parameter was linked with the predicted PGA and NF ratio through the FIS. The GA-fuzzy law was then compared with other control laws to verify its effectiveness. The results revealed that the GA-fuzzy control law could reliably predict different ground motion characteristics for real-time control because of the high sensitivity of its control parameter to the ground motion characteristics. Even under near-fault and far-field ground motions, the GA-fuzzy control law outperformed the FPEEA control law in terms of controlling the isolation layer displacement and the superstructure acceleration.
Translation of tornadoes is an important feature in replicating the near-ground tornado flow field which has been simulated in previous studies based on Ward-type tornado simulators using relative motion of the ground plane. In this laboratory investigation, effects of translation on the near-ground tornado flow field were studied using the ISU Tornado Simulator that can physically translate over a ground plane. Two translation speeds, 0.15 m/s and 0.50 m/s, that scale up to those corresponding to slowly-moving tornadoes in the field were selected for this study. Compared with the flow field of a stationary tornado, the simulated tornado with translation had an influence on the spatial distribution and magnitude of the horizontal velocities, early reversal of the radial inflow, and expansion of the core radius. Maximum horizontal velocities were observed to occur behind the center of the translating tornado and on the right side of its mean path. An increase in translation speed, resulted in reduction of maximum horizontal velocities at all heights. Comparison of the results with previous studies that used relative motion of the ground plane for simulating translating tornadoes, showed that translation has similar effects on the flow field at smaller radial distances (~2 core radius), but different effects at larger radial distances (~4 core radius). Further, it showed that the effect of translation on velocity profiles is noticeable at and above an elevation of ~0.6 core radius, unlike those in studies based on the relative motion of the ground plane.
Iman Hakamian;Kianoosh Taghikhani;Navid Manouchehri;Mohammad Mahdi Memarpour
Earthquakes and Structures
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제25권2호
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pp.99-112
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2023
This paper investigates the influences of Soil-Structure Interaction (SSI) on the seismic behavior of two-dimensional reinforced concrete moment-resisting frames subjected to Far-Field Ground Motion (FFGM) and Near-Field Ground Motion (NFGM). For this purpose, the nonlinear modeling of 7, 10, and 15-story reinforced concrete moment resisting frames were developed in Open Systems for Earthquake Engineering Simulation (OpenSees) software. Effects of SSI were studied by simulating Beam on Nonlinear Winkler Foundation (BNWF) and the soil type as homogenous medium-dense. Generally, the building resistance to seismic loads can be explained in terms of Incremental Dynamic Analysis (IDA); therefore, IDA curves are presented in this study. For comparison, the fragility evaluation is subjected to NFGM and FFGM as proposed by Quantification of Building Seismic Performance Factors (FEMA P-695). The seismic performance of Reinforced Concrete (RC) buildings with fixed and flexible foundations was evaluated to assess the probability of collapse. The results of this paper demonstrate that SSI and NFGM have significantly influenced the probability of failure of the RC frames. In particular, the flexible-base RC buildings experience higher Spectral acceleration (Sa) compared to the fixed-base ones subjected to FFGM and NFGM.
The sensitivities of a structural response due to variation of its design parameters are prerequisite in the majority of the algorithms used for fundamental problems in engineering as system uncertainties, identification and probabilistic assessments etc. The paper presents the concept of probabilistic sensitivity of suspension bridges with respect to near-fault ground motion. In near field earthquake ground motions, large amplitude spectral accelerations can occur at long periods where many suspension bridges have significant structural response modes. Two different types of suspension bridges, which are Bosporus and Humber bridges, are selected to investigate the near-fault ground motion effects on suspension bridges random response sensitivity analysis. The modulus of elasticity is selected as random design variable. Strong ground motion records of Kocaeli, Northridge and Erzincan earthquakes are selected for the analyses. The stochastic sensitivity displacements and internal forces are determined by using the stochastic sensitivity finite element method and Monte Carlo simulation method. The stochastic sensitivity displacements and responses obtained from the two different suspension bridges subjected to these near-fault strong-ground motions are compared with each other. It is seen from the results that near-fault ground motions have different impacts stochastic sensitivity responses of suspension bridges. The stochastic sensitivity information provides a deeper insight into the structural design and it can be used as a basis for decision-making.
A low damage self-centering braced frame equipped with post-tensioning strands is capable of directing damage to replaceable butterfly-shaped fuses. This paper investigates the seismic performance of rocking braced frame under near-field pulse-like ground motions compared to far-field records. A non-linear time history analysis is performed for twelve self-centering archetypes. A sensitivity analysis is carried out to examine the influences of ground motion types and modeling parameters. Findings represent the proper efficiency of the self-centering system under both far-field and near-field pulse-like ground motions.
Near field ground motions contain distinct and large amplitude pulses in both velocity and displacement. This paper investigates characteristics of near field earthquakes and their effects on seismic demands. 20 EQGMs were selected for this purpose that satisfied 5 conditions for Near field motion. Among them ten EQGMs have one distinct peak velocity pulse in the velocity time history. In this study the responsed are Linear Elastic Response Spectrum(LERS), Response Modification Factor(R) and Inelastic Response Spectrum(IRS). The effect of the selection of Near field EQGMs on these response parameters are investigated.
한국지진공학회 1998년도 추계 학술발표회 논문집 Proceedings of EESK Conference-Spring 1998
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pp.3-11
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1998
Response of tall buildings to near-field ground motions with distinct low-frequency pulses can differ dramatically from, for example, the response to the 1940 El Centro ground motion. For the same peak ground acceleration (PGA) and duration of shaking, ground motions with a pulse-like characteristic can generate much higher base shear, inter-story drifts and roof displacement in a high-rise building as compared to ground motions without the characteristic pulse. Also, the ductility demand is much higher and the effectiveness of supplemental damping is lower for pulse-like ground motions. This paper presents a simple interpretation of the response characteristics for two recorded and one synthetic near-field pulse-like ground motions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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