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.
This research aims to develop an empirical model for simulation of time-varying frequency in earthquake ground motion so as to be used easily in engineering applications. Briefly, 10545 recordings of the Next Generation Attenuation (NGA) global database of accelerograms from shallow crustal earthquakes are selected and binned by magnitude, distance and site condition. Then the wavelet spectrum of each acceleration record is calculated by using one-dimensional continuous wavelet transform, and the frequencies corresponding to the maximum values of the wavelet spectrum at a series of sampling time, named predominant frequencies, are extracted to analyze the variation of frequency content of seismic ground motions in time. And the time-variation of the predominant frequencies of 178 magnitude-distance-site bins for different directions are obtained by calculating the mean square root of predominant frequencies within a bin. The exponential trigonometric function is then use to fit the data, which describes the predominant frequency of ground-motion as a function of time with model parameters given in tables for different magnitude, distance, site conditions and direction. Finally, a practical frequency-dependent amplitude envelope function is developed based on the time-varying frequency derived in this paper, which has clear statistical parameters and can emphasize the effect of low-frequency components on later seismic action. The results illustrate that the time-varying predominant frequency can preferably reflect the non-stationarity of the frequency content in earthquake ground motions and that empirical models given in this paper facilitates the simulation of ground motions.
Ji, Hae Yeon;Ha, Jeong Gon;Kim, Min Kyu;Hahm, Dae Gi
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.26
no.5
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pp.181-190
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2022
In assessing the seismic safety of nuclear power plants, it is essential to analyze the structures using the observed ground motion. In particular, spatial variation in which the characteristics of the ground motion record differ may occur if the location is different within the site and even if the same earthquake is experienced. This study analyzed the spatial variation characteristics of the ground motion observed at the structure and site using the earthquake records measured at the Hamaoka nuclear power plant. Even if they were located on the same floor within the same unit, there was a difference in response depending on the location. In addition, amplification was observed in Unit 5 compared to other units, which was due to the rock layer having a slower shear wave velocity than the surrounding bedrock. Significant differences were also found in the records of the structure's foundation and the free-field surface. Based on these results, the necessity of considering spatial variation in the observed records was suggested.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.20
no.7_spc
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pp.473-483
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2016
In this paper, seismic performance assessment has been examined for a mid-rise RC building subjected to 2016 Gyeongju earthquake occurred in Korea. For the purpose of the paper, 2D external and internal frames in each direction of the building have been employed in the present comparative analyses. Nonlinear static pushover analyses have been conducted to estimate frame capacities. Nonlinear dynamic time-history analyses have also been carried out to examine demands for the frames subjected to ground motions recorded at stations in near of Gyeongju and a previous earthquake ground motion. Analytical predictions demonstrate that maximum demands are significantly affected by characteristics of both spectral acceleration response and spectrum intensity over a wide range of periods. Further damage potential of the frames has been evaluated in terms of fragility analyses using the same ground motions. Fragility results reveal that the ground motion characteristics of the Gyeongju earthquake have little influence on the seismic demand and fragility of frames.
Balan, Stefan F.;Tiganescu, Alexandru;Apostol, Bogdan F.;Danet, Anton
Earthquakes and Structures
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v.17
no.4
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pp.365-372
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2019
Post-earthquake crisis management is a key capability for a country to be able to recover after a major seismic event. Instrumental seismic data transmitted and processed in a very short time can contribute to better management of the emergency and can give insights on the earthquake's impact on a specific area. Romania is a country with a high seismic hazard, mostly due to the Vrancea intermediate-depth earthquakes. The elastic acceleration response spectrum of a seismic motion provides important information on the level of maximum acceleration the buildings were subjected to. Based on new data analysis and knowledge advancements, the acceleration elastic response spectrum for horizontal ground components recommended by the Romanian seismic codes has been evolving over the last six decades. This study aims to propose a framework for post-earthquake warning based on code spectrum exceedances. A comprehensive background analysis was undertaken using strong motion data from previous earthquakes corroborated with observational damage, to prove the method's applicability. Moreover, a case-study for two densely populated Romanian cities (Focsani and Bucharest) is presented, using data from a $5.5M_W$ earthquake (October 28, 2018) and considering the evolution of the three generations of code-based spectral levels for the two cities. Data recorded in free-field and in buildings were analyzed and has confirmed that no structural damage occurred within the two cities. For future strong seismic events, this tool can provide useful information on the effect of the earthquake on structures in the most exposed areas.
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.
A ground-motion prediction equation (GMPE) for the Korean Peninsula, especially for South Korea, is developed based on synthetic ground motions generated using a ground motion model derived from instrumental records from 11 recent earthquakes of $M_L$>4.5 in Korea, including the Gyeongju earthquake of Sept. 12. 2016 ($M_L$5.8). PSAs of one standard deviation from the developed GMPE with $M_W$ 6.5 at hypocentral distances of 15 km and 25 km are compared to the design spectrum (soil condition, $S_B$) of the Korean Building Code 2016 (KBC), indicating that: (1) PSAs at short periods around 0.2 sec can be 1.5 times larger than the corresponding KBC PSA, and (2) SD's at periods longer than 2 sec do not exceed 8 cm. Although this comparison of the design spectrum with those of the GMPE developed herein intends to identify the characteristics of the scenario earthquake in a lower-seismicity region such as South Korea, it does not mean that the current design spectrum should be modified accordingly. To develop a design spectrum compatible with the Korean Peninsula, more systematic research using probabilistic seismic hazard analysis is necessary in the future.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.27
no.2
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pp.83-90
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2023
The recent increase in earthquake activities has highlighted the importance of seismic performance evaluation for civil infrastructures. In particular, the container crane essential to maintaining the national logistics system with port operation requires an exact evaluation of its seismic response. Thus, this study aims to assess the seismic vulnerability of container cranes considering their seismic characteristics. The seismic response of the container crane should account for the structural members' yielding and buckling, as well as the crane wheel's uplifting derailment in operation. The crane's yielding and buckling limit states were defined using the stress of crane members based on the load and displacement curve obtained from nonlinear static analysis. The derailment limit state was based on the height of the rail, and nonlinear dynamic analysis was performed to obtain the seismic fragility curves considering defined limit states and seismic characteristics. The yield and derailment probabilities of the crane in the near-fault ground motion were approximately 1.5 to 4.7 and 2.8 to 6.8 times higher, respectively, than those in the far-fault ground motion.
Post-earthquake damages investigation in past and recent earthquakes has illustrated that the ground motion spatial variation plays an important role in the structural response of long span bridges. For the structural control of seismic-induced vibrations of cable-stayed bridges, it is extremely important to include the effects of the ground motion spatial variation in the analysis for design of an effective control system. The feasibility and efficiency of different vibration control strategies for the cable-stayed bridge under multiple support excitations have been examined to enhance a structure's ability to withstand earthquake excitations. Comparison of the response due to non-uniform input ground motion with that due to uniform input demonstrates the importance of accounting for spatial variability of excitations. The performance of the optimized designed control systems for uniform input excitations gets worse dramatically over almost all of the evaluation criteria under multiple-support excitations.
In this paper, earthquake response of the Bangkok area in Thailand was analyzed in terms of the acceleration response spectrum and maximum acceleration of the computed surface motions. The program SHAKE was employed to analyse the ground motion. With increasing the maximum acceleration and predominant period of given base rock motion, the computed maximum ground surface acceleration increases. but converges on a maximum value of about 0.39. The characteristics of earthquake response spectrum in the Bangkok area are also discussed and illustrated.
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