Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.3
no.4
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pp.155-162
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1999
This paper presents a generation of analytical fragility curves for bridge. The analytical fragility curves are constructed on the basis of nonlinear dynamic analysis. Two-parameter lognormal distribution functions are used to represent the fragility curves with the parameters estimated by the maximum likelihood method. To demonstrate the development of analytical fragility curves, two of representative bridges with a precast prestressed continuous deck in the Memphis. Tennessee area are used.
There are continuous efforts to mitigate structural losses from earthquakes and manage risk through seismic risk assessment; seismic fragility curves are widely accepted as an essential tool of such efforts. Seismic fragility curves can be classified into four groups based on how they are derived: empirical, judgmental, analytical, and hybrid. Analytical fragility curves are the most widely used and can be further categorized into two subgroups, depending on whether an analytical function or simulation method is used. Although both methods have shown decent performances for many seismic fragility problems, they often oversimplify the given problems in reliability or structural analyses owing to their built-in assumptions. In this paper, a new method is proposed for the development of seismic fragility curves. Integration with sophisticated software packages for reliability analysis (FERUM) and structural analysis (ZEUS-NL) allows the new method to obtain more accurate seismic fragility curves for less computational cost. Because the proposed method performs reliability analysis using the first-order reliability method, it provides component probabilities as well as useful byproducts and allows further fragility analysis at the system level. The new method was applied to a numerical example of a 2D frame structure, and the results were compared with those by Monte Carlo simulation. The method was found to generate seismic fragility curves more accurately and efficiently. Also, the effect of system reliability analysis on the development of seismic fragility curves was investigated using the given numerical example and its necessity was discussed.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.6
no.1
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pp.255-262
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2002
This paper presents a statistical analysis of empirical fragility curves for bridge. The empirical fragility curves are developed utilizing bridge damage data obtained from the 1995 Hyogoken Nanbu(Kobe) earthquake. Two-parameter lognormal distribution functions are used to represent the fragility curves with the parameters estimated by the maximum likelihood method. This paper also presents methods of testing the goodness of fit of the fragility curves and estimating the confidence intervals of the two parameters(median and log-standard deviation) of the distribution. An analytical interpretation of randomness and uncertainty associated with the median is provided.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2006.03a
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pp.358-365
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2006
In this study, fragility curves of continuous buried pipelines subjected to transverse PGD (permanent ground deformation) due to liquefaction are proposed. For the waterworks system, continuos buried pipelines made of ductile iron, poly ethylene, and poly vinyl chloride are analyzed and fragility curves are drawn. Fragility curves are based on the repetitive analyses results and formulated with the dominant factors of behaviour of buried pipeline. With the use of fragility curves, engineers can estimate the status of damage of buried pipeline without overall knowledge of relevant features. Especially, fragility curves proposed in this study will act as a major module of earthquake loss estimation method. Moreover, critical value of magnitude and width of transverse PGD (by which the full damage status of buried pipelines are induced) are estimated. With the use of regression curves of these values, pre evaluation of seismic safety of buried pipelines located within liquefaction hazardous region will be possible.
Karimzadeh, Shaghayegh;Kadas, Koray;Askan, Aysegul;Erberik, M. Altug;Yakut, Ahmet
Earthquakes and Structures
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v.18
no.2
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pp.249-261
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2020
Seismic loss estimation studies require fragility curves which are usually derived using ground motion datasets. Ground motion records can be either in the form of recorded or simulated time histories compatible with regional seismicity. The main purpose of this study is to investigate the use of alternative ground motion datasets (simulated and real) on the fragility curves. Simulated dataset is prepared considering regional seismicity parameters corresponding to Erzincan using the stochastic finite-fault technique. In addition, regionally compatible records are chosen from the NGA-West2 ground motion database to form the real dataset. The paper additionally studies the effects of hazard variability and two different fragility curve derivation approaches on the generated fragility curves. As the final step for verification purposes, damage states estimated for the fragility curves derived using alternative approaches are compared with the observed damage levels from the 1992 Erzincan (Turkey) earthquake (Mw=6.6). In order to accomplish all these steps, a set of representative masonry buildings from Erzincan region are analyzed using simplified structural models. The results reveal that regionally simulated ground motions can be used alternatively in fragility analyses and damage estimation studies.
Rojas-Mercedes, Norberto;Erazo, Kalil;Di Sarno, Luigi
Earthquakes and Structures
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v.22
no.5
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pp.503-515
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2022
This paper presents the development of seismic fragility curves for a precast reinforced concrete bridge instrumented with a structural health monitoring (SHM) system. The bridge is located near an active seismic fault in the Dominican Republic (DR) and provides the only access to several local communities in the aftermath of a potential damaging earthquake; moreover, the sample bridge was designed with outdated building codes and uses structural detailing not adequate for structures in seismic regions. The bridge was instrumented with an SHM system to extract information about its state of structural integrity and estimate its seismic performance. The data obtained from the SHM system is integrated with structural models to develop a set of fragility curves to be used as a quantitative measure of the expected damage; the fragility curves provide an estimate of the probability that the structure will exceed different damage limit states as a function of an earthquake intensity measure. To obtain the fragility curves a digital twin of the bridge is developed combining a computational finite element model and the information extracted from the SHM system. The digital twin is used as a response prediction tool that minimizes modeling uncertainty, significantly improving the predicting capability of the model and the accuracy of the fragility curves. The digital twin was used to perform a nonlinear incremental dynamic analysis (IDA) with selected ground motions that are consistent with the seismic fault and site characteristics. The fragility curves show that for the maximum expected acceleration (with a 2% probability of exceedance in 50 years) the structure has a 62% probability of undergoing extensive damage. This is the first study presenting fragility curves for civil infrastructure in the DR and the proposed methodology can be extended to other structures to support disaster mitigation and post-disaster decision-making strategies.
In the present paper, a Monte Carlo-based framework is developed to investigate the accuracy and reliability of analytical fragility curves of steel moment-resisting frames and simple SDOF systems. It is also studied how the effectiveness of incremental dynamic analysis (IDA) and multiple stripes analysis (MSA) approaches, as two common nonlinear dynamic analysis methods, are influenced by the number of records and analysis stripes in fragility curves producing. Results showed that the simple SDOF systems do not provide accurate and reliable fragility curves compared with realistic steel moment-resisting structures. It is demonstrated that, the effectiveness of nonlinear dynamic analysis approaches is dependent on the fundamental period of structures, where in short-period structures, IDA is found to be more effective approach compared with MSA. This difference between the effectiveness of two analysis approaches decreases as the fundamental period of structures become longer. Using of 2 or 3 analysis stripes in MSA approach leads to significant inaccuracy and unreliability in the estimated fragility curves. Additionally, 15 number of ground motion records is recommended as a threshold of significant unreliability in estimated fragility curves, constructed by MSA.
Investigating damage potential of the railway infrastructure requires either large amount of case histories or in-depth numerical analyses, or both for which large amounts of effort and time are necessary to accomplish thoroughly. Rather than performing comprehensive studies for each damage case, in this study we collect and analyze a case history of the high-speed railway system damaged by the 2004 M6.6 Niigata Chuetsu earthquake for the development of the seismic fragility curve. The development processes are: 1) slice the railway system as 200 m segments and assigned damage levels and intensity measures (IMs) to each segment; 2) calculate probability of damage for a given IM; 3) estimate fragility curves using the maximum likelihood estimation regression method. Among IMs considered for fragility curves, spectral acceleration at 3 second period has the most prediction power for the probability of damage occurrence. Also, viaduct-type structure provides less scattered probability data points resulting in the best-fitted fragility curve, but for the tunnel-type structure data are poorly scattered for which fragility curve fitted is not meaningful. For validation purpose fragility curves developed are applied to the 2016 M7.0 Kumamoto earthquake case history by which another high-speed railway system was damaged. The number of actual damaged segments by the 2016 event is 25, and the number of equivalent damaged segments predicted using fragility curve is 22.21. Both numbers are very similar indicating that the developed fragility curve fits well to the Kumamoto region. Comparing with railway fragility curves from HAZUS, we found that HAZUS fragility curves are more conservative.
Yesilyurt, Ali;Zulfikar, Abdullah C.;Tuzun, Cuneyt
Earthquakes and Structures
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v.21
no.6
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pp.627-639
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2021
Fragility curves are being more significant as a useful tool for evaluating the relationship between the earthquake intensity measure and the effects of the engineering demand parameter on the buildings. In this paper, the effect of different site conditions on the vulnerability of the structures was examined through the fragility curves taking into account different strength capacities of the precast columns. Thus, typical existing single-story precast RC industrial buildings which were built in Turkey after the year 2000 were examined. The fragility curves for the three typical existing industrial structures were derived from an analytical approach by performing non-linear dynamic analyses considering three different soil conditions. The Park and Ang damage index was used in order to determine the damage level of the members. The spectral acceleration (Sa) was used as the ground motion parameter in the fragility curves. The results indicate that the fragility curves were derived for the structures vary depending on the site conditions. The damage probability of exceedance values increased from stiff site to soft site for any Sa value. This difference increases in long period in examined buildings. In addition, earthquake demand values were calculated by considering the buildings and site conditions, and the effect of the site class on the building damage was evaluated by considering the Mean Damage Ratio parameter (MDR). Achieving fragility curves and MDR curves as a function of spectral acceleration enables a quick and practical risk assessment in existing buildings.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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