Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.11
no.4
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pp.25-31
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2007
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.
Lang Liu;Hao Luo;Mingming Wang;Yanhang Wang;Changqi Zhao;Nanyue Shi
Earthquakes and Structures
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v.27
no.4
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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.
Pitilakis, Kyriazis D.;Anastasiadis, Anastasios I.;Kakderi, Kalliopi G.;Manakou, Maria V.;Manou, Dimitra K.;Alexoudi, Maria N.;Fotopoulou, Stavroula D.;Argyroudis, Sotiris A.;Senetakis, Kostas G.
Earthquakes and Structures
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v.2
no.3
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pp.207-232
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2011
The development of reliable earthquake mitigation plans and seismic risk management procedures can only be based on the establishment of comprehensive earthquake hazard and loss scenarios. Two cities, Grevena (Greece) and D$\ddot{u}$zce (Turkey), were used as case studies in order to apply a comprehensive methodology for the vulnerability and loss assessment of lifelines. The methodology has the following distinctive phases: detailed inventory, identification of the typology of each component and system, evaluation of the probabilistic seismic hazard, geotechnical zonation, ground response analysis and estimation of the spatial distribution of seismic motion for different seismic scenarios, vulnerability analysis of the exposed elements at risk. Estimating adequate earthquake scenarios for different mean return periods, and selecting appropriate vulnerability functions, expected damages of the water and waste water systems in D$\ddot{u}$zce and of the roadway network and waste water system of Grevena are estimated and discussed; comparisons with observed earthquake damages are also made in the case of D$\ddot{u}$zce, proving the reliability and the efficiency of the proposed methodology. The results of the present study constitute a sound basis for the development of efficient loss scenarios for lifelines and infrastructure facilities in seismic prone areas. The first part of this paper, concerning the estimation of the seismic ground motions, has been utilized in the companion paper by Kappos et al. (2010) in the same journal.
In designing earthquake-resistant structures, we traditionally select dynamic loads based on the recurrence period of earthquakes, using individual seismic records or aligning them with the design spectrum. However, these records often represent isolated waveforms lacking continuity, underscoring the need for a deeper understanding of natural seismic phenomena. The Earth's crustal movement, both before and after a significant earthquake, can trigger a series of both minor and major seismic events. These minor earthquakes, which often occur in short time before or after the major seismic events, prompt a critical reassessment of their potential impact on structural design. In this study, we conducted a detailed tunnel response analysis to assess the impact of both single mainshock and multiple earthquake scenarios (including foreshock-mainshock and mainshock-aftershock sequences). Utilizing numerical analysis, we explored how multiple earthquakes affect tunnel deformation. Our findings reveal that sequential seismic events, even those of moderate magnitude, can exert considerable stress on tunnel lining, resulting in heightened bending stress and permanent displacement. This research highlights a significant insight: current seismic design methodologies, which predominantly focus on the largest seismic intensity, may fail to account for the cumulative impact of smaller, yet frequent, seismic events like foreshocks and aftershocks. Our results demonstrate that dynamic analyses considering only a single mainshock are likely to underestimate the potential damage (i.e., ovaling deformation, failure lining, permanent displacement etc.) when compared to analyses that incorporate multiple earthquake scenarios.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.23
no.6
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pp.301-309
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2019
A methodology to assess seismic fragility of a nuclear power plant (NPP) using a conditional mean spectrum is proposed as an alternative to using a uniform hazard response spectrum. Rather than the single-scenario conditional mean spectrum, which is the conventional conditional mean spectrum based on a single scenario, a multi-scenario conditional mean spectrum is proposed for the case in which no single scenario is dominant. The multi-scenario conditional mean spectrum is defined as the weighted average of different conditional mean spectra, each one of which corresponds to an individual scenario. The weighting factors for scenarios are obtained from a deaggregation of seismic hazards. As a validation example, a seismic fragility assessment of an NPP containment structure is performed using a uniform hazard response spectrum and different single-scenario conditional mean spectra and multi-scenario conditional mean spectra. In the example, the number of scenarios primarily influences the median capacity of the evaluated structure. Meanwhile, the control frequency, a key parameter of a conditional mean spectrum, plays an important role in reducing logarithmic standard deviation of the corresponding fragility curves and corresponding high confidence of low probability of failure (HCLPF) capacity.
In this study, seismic performance of one story hinged precast buildings, which represents the majority of existing lightweight industrial building stock of Turkey, was assessed. A lot of precast buildings, constructed in one of the important seismic zones of western Turkey, were investigated and building inventories were prepared. By this method, structural properties of inventory buildings and damaged precast buildings in recent earthquakes were compared. Damage estimations based on nonlinear analysis methods have shown that estimated damage levels of inventory buildings and observed damage levels in recent earthquakes are similar. Accuracy of damage estimation study and the simplicity of the one story precast building models implied that rapid seismic performance assessment method for these buildings can be developed. In this assessment method, capacity curves and vibration periods of precast buildings were calculated by using structural properties of precast buildings. The proposed assessment method was applied to inventory buildings by using two different seismic demand scenarios which reflect moderate and soft soil conditions. Comparison of detailed analysis and rapid assessment methods have indicated that reliable seismic performance estimations can be performed by using proposed method. It is also observed that distribution of damage estimations is compatible in both scenarios.
This paper approaches the issue of seismic vulnerability assessment strategies for facade walls of traditional masonry buildings through the development of a methodology and its subsequent application to over 600 building facades from the old building stock of the historic city centre of Coimbra. Using the post-earthquake damage assessment of masonry buildings in L'Aquila, Italy, an analytical function was developed and calibrated to estimate the mean damage grade for masonry facade walls. Having defined the vulnerability function for facade walls, damage scenarios were calculated and subsequently used in the development of an emergency planning tool and in the elaboration of an access route proposal for the case study of the historic city centre of Coimbra. Finally, the methodology was pre-validated through the comparison of a set of results obtained from its application and also resourcing to a widely accepted mechanical method on the description of the out-of-plane behaviour of facade walls.
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.
Base-isolation is now being adopted as a retrofitting strategy to improve seismic behaviour of reinforced concrete (r.c.) framed structures subjected to far-fault earthquakes. However, the increase in deformability of a base-isolated framed building may lead to amplification in the structural response under the long-duration horizontal pulses of high-magnitude near-fault earthquakes, which can become critical once the strength level of a fire-weakened r.c. superstructure is reduced. The aim of the present work is to investigate the nonlinear seismic response of fire-damaged r.c. framed structures retrofitted by base-isolation. For this purpose, a five-storey r.c. framed building primarily designed (as fixed-base) in compliance with a former Italian seismic code for a medium-risk zone, is to be retrofitted by the insertion of elastomeric bearings to meet the requirements of the current Italian code in a high-risk seismic zone. The nonlinear seismic response of the original (fixed-base) and retrofitted (base-isolated) test structures in a no fire situation are compared with those in the event of fire in the superstructure, where parametric temperature-time curves are defined at the first level, the first two and the upper levels. A lumped plasticity model describes the inelastic behaviour of the fire-damaged r.c. frame members, while a nonlinear force-displacement law is adopted for the elastomeric bearings. The average root-mean-square deviation of the observed spectrum from the target design spectrum together with a suitable intensity measure are chosen to select and scale near- and far-fault earthquakes on the basis of the design hypotheses adopted.
Guevara-Corzo, Jeffrey J.;Begambre-Carrillo, Oscar J.;Garcia-Sanchez, Jesus A.;Sanchez-Acevedo, Heller G.
Structural Engineering and Mechanics
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v.82
no.4
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pp.417-434
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2022
In this work, a review of mechanical metamaterials and seismic protection systems that use them is carried out, focusing on passive protection systems. During the last years, a wide variety of classical systems of seismic protection have demonstrated to be an effective and practical way of reducing the seismic vulnerability of buildings, maintaining their health and structural integrity. However, with the emergence of metamaterials, which allow obtaining uncommon mechanical properties, new procedures and devices with high performance have been developed, reducing the seismic risk through novel approaches such as: seismic shields and the redirection of seismic waves; the use of stop band gaps and the construction of buried mass resonators; the design of pentamodal base isolators. These ideas are impacting traditional areas of structural engineering such as the design and building of highly efficient base isolation systems. In this work, recent advances in new seismic protection technologies and researches that integrate mechanical metamaterials are presented. A complete bibliometric analysis was carried out to identify and classify relevant authors and works related with passive seismic protection system based on mechanical metamaterial (pSPSmMMs). Finally, possible future scenarios for study and development of seismic isolators based on mechanical metamaterials are shown, identifying the relevant topics that have not yet been explored, as well as those with the greatest potential for future application.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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