This paper summarizes results of a comprehensive analytical study aimed at evaluating the influence of strong ground motion duration on residual displacement demands of single-degree-of-freedom (SDOF) and multi-degree-of-freedom (MDOF) systems. For that purpose, two sets of 20 earthquake ground motions representative of short-duration and long-duration records were considered in this investigation. While the influence of strong ground motion duration was evaluated through constant-strength residual displacement ratios, $C_r$, computed from the nonlinear response of elastoplastic SDOF systems, its effect on the amplitude and height-wise distribution of residual drift demands in MDOF systems was studied from the response of three one-bay two-dimensional generic frame models. In this investigation, an inelastic ground motion intensity measure was employed to scale each record, which allowed reducing the record-to-record variability in the estimation of residual drift demands. From the results obtained in this study, it was found that long strong-motion duration records might trigger larger median $C_r$ ratios for SDOF systems having short-to-medium period of vibration than short strong-motion duration records. However, taking into account the large record-to-record variability of $C_r$, it was found that strong motion duration might not be statistically significant for most of the combinations of period of vibration and levels of lateral strength considered in this study. In addition, strong motion duration does not have a significant influence on the amplitude of peak residual drift demands in MDOF systems, but records having long strong-motion duration tend to increase residual drift demands in the upper stories of long-period generic frames.
In recent years, selection of strong ground motion records by means of intensity measures representing the spectral shape of the earthquake excitation has been studied by many researchers. These studies indicate the adequacy of this record selection approach in reduction of the scattering of seismic responses. In present study, this method has been studied more in depth to reveal the sufficiency of the spectral shape in predicting structural seismic responses such as the plastic deformation and the dissipated hysteresis energy which are associated with cumulative properties of the selected records. For this purpose, after selecting the records based on the spectral shape, the correlation of some seismic responses and strong ground motion duration of earthquake records are explored. Findings indicate strong correlation of some structural responses with the significant duration of the records. This fact implies that the spectral shape could not reflect all characteristics of the strong ground motion and emphasizes the importance of additional criteria along with the spectral shape in the record selection.
This paper illustrates the results of a seismic vulnerability study aimed to derive the fragility curves for typical Algerian reinforced concrete bridge piers using an analytical approach. Fragility curves express the probability of exceeding a certain damage state for a given ground motion intensity (e.g., PGA). In this respect, a set of 41 worldwide accelerometer records from which, 21 Algerian strong motion records are included, have been used in a non-linear dynamic response analyses to assess the damage indices expressed in terms of the bridge displacement ductility, the ultimate ductility, the cyclic loading factor and the cumulative energy ductility. Combining the damage indices defined for 5 damage rank with the ground motion indices, the fragility curves for the bridge piers were derived assuming a lognormal distribution.
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.
This study evaluates prediction models for three EDPs (engineering demand parameters) using data from three symmetrical structures with RC walls designed according to the currently enforced Romanian seismic design code P100-1/2013. The three analyzed EDPs are: the maximum interstorey drift, the maximum top displacement and the maximum shear force at the base of the RC walls. The strong ground motions used in this study consist of three pairs of recordings from the Vrancea intermediate-depth earthquakes of 1977, 1986 and 1990, as well as two other pairs of recordings from significant earthquakes in Turkey and Greece (Erzincan and Aigion). The five pairs of recordings are rotated in a clockwise direction and the values of the EDPs are recorded. Finally, the relation between various IMs (intensity measures) of the strong ground motion records and the EDPs is studied and two prediction models for EDPs are also evaluated using the analysis of residuals.
Bayraktar, Alemdar;Altunisik, Ahmet Can;Sevim, Baris;Kartal, Murat Emre;Turker, Temel
Structural Engineering and Mechanics
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v.28
no.4
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pp.411-442
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2008
Ground motions in near source region of large crustal earthquakes are significantly affected by rupture directivity and tectonic fling. These effects are the strongest at longer periods and they can have a significant impact on Engineering Structures. In this paper, it is aimed to determine near-fault ground motion effects on the nonlinear response of dams including dam-reservoir-foundation interaction. Four different types of dam, which are gravity, arch, concrete faced rockfill and clay core rockfill dams, are selected to investigate the near-fault ground motion effects on dam responses. The behavior of reservoir is taken into account by using Lagrangian approach. Strong ground motion records of Duzce (1999), Northridge (1994) and Erzincan (1992) earthquakes are selected for the analyses. Displacements, maximum and minimum principal stresses are determined by using the finite element method. The displacements and principal stresses obtained from the four different dam types subjected to these nearfault strong-ground motions are compared with each other. It is seen from the results that near-fault ground motions have different impacts on the dam types.
Linear and nonlinear time history analyses have been becoming more common in seismic analysis and design of structures with advances in computer technology and earthquake engineering. One of the most important issues for such analyses is the selection of appropriate acceleration time histories and matching these histories to a code design acceleration spectrum. In literature, there are three sources of acceleration time histories: artificial records, synthetic records obtained from seismological models and accelerograms recorded in real earthquakes. Because of the increase of the number of strong ground motion database, using and scaling real earthquake records for seismic analysis has been becoming one of the most popular research issues in earthquake engineering. In general, two methods are used for scaling actual earthquake records: scaling in time domain and frequency domain. The objective of this study is twofold: the first is to discuss and summarize basic methodologies and criteria for selecting and scaling ground motion time histories. The second is to analyze scaling results of time domain method according to ASCE 7-05 and Eurocode 8 (1998-1:2004) criteria. Differences between time domain method and frequency domain method are mentioned briefly. The time domain scaling procedure is utilized to scale the available real records obtained from near fault motions and far fault motions to match the proposed elastic design acceleration spectrum given in the Eurocode 8. Why the time domain method is preferred in this study is stated. The best fitted ground motion time histories are selected and these histories are analyzed according to Eurocode 8 (1998-1:2004) and ASCE 7-05 criteria. Also, characteristics of both near fault ground motions and far fault ground motions are presented by the help of figures. Hence, we can compare the effects of near fault ground motions on structures with far fault ground motions' effects.
The aim of this study is to investigate the reliability of strong motion records processed by causal and acausal Butterworth filters in comparison to the results obtained from a synthetic accelerogram. For this purpose, the fault parallel component of the Bolu record of the Duzce earthquake is modeled with a sum of exponentially damped sinusoidal components. Noise-free velocities and displacements are then obtained by analytically integrating the synthetic acceleration model. The analytical velocity and displacement signals are used as a standard with which to judge the validity of the signals obtained by filtering with causal and acausal filters and numerically integrating the acceleration model. The results show that the acausal filters are clearly preferable to the causal filters due to the fact that the response spectra obtained from the acausal filters match the spectra obtained from the simulated accelerogram better than that obtained by causal filters. The response spectra are independent from the order of the filters and from the method of integration (whether analytical integration after a spline fit to the synthetic accelerogram or the trapezoidal rule). The response spectra are sensitive to the chosen corner frequency of both the causal and the acausal filters and also to the inclusion of the pads. Accurate prediction of the static residual displacement (SRD) is very important for structures traversing faults in the near-fault regions. The greatest adverse effect of the high pass filters is their removal of the SRD. However, the noise-free displacements obtained by double integrating the synthetic accelerogram analytically preserve the SRD. It is thus apparent that conventional high pass filters should not be used for processing near-fault strong-motion records although they can be reliably used for far-fault records if applied acausally. The ground motion parameters such as ARIAS intensity, HUSID plots, Housner spectral intensity and the duration of strong-motion are found to be insensitive to the causality of filters.
There are obvious differences between the characteristics of offshore ground motion and onshore ground motion in current studies, and factors such as water layer and site conditions have great influence on the characteristics of offshore ground motion. In addition, unlike seismic response analysis of offshore superstructures such as sea-crossing bridges, tunnels are affected by offshore soil constraints, so it is necessary to consider the dynamic interaction between structure and offshore soil layer. Therefore, a seismic response analysis model considering the seawater, soil layer and tunnel structure coupling is established. Firstly, the measured offshore and different soil layers onshore ground records are input respectively, and the difference of seismic response under different types of ground motions is analyzed. Then, the models of different site conditions were input into the measured onshore bedrock strong ground motion records to study the influence of seawater layer and silt soft soil layer on the seabed and tunnel structure. The results show that the overall seismic response between the seabed and the tunnel structure is more significant when the offshore ground motion is input. The seawater layer can suppression the vertical seismic response of seabed and tunnel structure, while the slit soft soil layer can amplify the horizontal seismic response. The results will help to promote seismic wave selection of marine structures and provide reference for improving the accuracy of seismic design of immersed tunnels.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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