Rational scaling of design earthquake ground motions for tall buildings is essential for safer, risk-based design of tall buildings. This paper provides the structural designers with an insight for more rational scaling based on drift and input energy demands. Since a resonant sinusoidal motion can be an approximate critical excitation to elastic and inelastic structures under the constraint of acceleration or velocity power, a resonant sinusoidal motion with variable period and duration is used as an input wave of the near-field and far-field ground motions. This enables one to understand clearly the relation of the intensity normalization index of ground motion (maximum acceleration, maximum velocity, acceleration power, velocity power) with the response performance (peak interstory drift, total input energy). It is proved that, when the maximum ground velocity is adopted as the normalization index, the maximum interstory drift exhibits a stable property irrespective of the number of stories. It is further shown that, when the velocity power is adopted as the normalization index, the total input energy exhibits a stable property irrespective of the number of stories. It is finally concluded that the former property on peak drift can hold for the practical design response spectrum-compatible ground motions.
Kim, Dong-Seok;Koh, Hyun-Moo;Choi, Chang-Yeol;Park, Won-Suk
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.12
no.1
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pp.11-20
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2008
In probabilistic seismic analysis of nonlinear structural system, dynamic analysis is performed to obtain the distribution of the response estimate using input ground motion time histories which correspond to a given seismic hazard level. This study investigates the differences in the distribution of the responses and the failure probability according to input ground motion models. Two types of input ground motion models are considered: real earthquake records scaled to specified intensity level and artificial input ground motion fitted to design response spectrum. Simulation results fir a nonlinear SDOF system demonstrate that the spectrum matched input ground motion produces larger failure probability than those of scaled input ground motion due to biased responses. Such tendency is more remarkable in the site of soft soil conditions. Analysis results show that such difference of failure probability is due to the conservative estimation of design response spectrum in the range of long period of ground motion.
This paper presents a seismic response analysis of bridge structures considering the spatial variation of input ground motion. In earthquake analyses of structures, it is usually assumed that the input ground motion is the same at every support. However, this assumption is not justified for long structures like bridges, because observations have shown that the earthquake ground motion can vary considerably within relatively small distances. When the soil under the foundation is relatively soft and deep, an analysis of the foundation-soil interaction must always be performed. To consider the foundation-soil interaction, a soil response analysis is performed first, and after determining the material characteristics of the foundation element obtained by this foundation-soil interaction analysis, the seismic response analysis of a bridge superstructure with equivalent springs and dampers is performed. Finally, the influences of the spatial variation in the input motion, which are affected by different soil characteristics, are considered.
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 aim of this study is to investigate the effect of vertical ground motion (VGM) on seismic behavior of reinforced concrete (RC) regular frame with construction joints, and determine more proper modeling method for cast-in-situ RC frame. The four-story RC frames in the regions of 7, 8 and 9 earthquake intensity were analyzed with nonlinear dynamic time-history method. Two different methods of ground motion input, horizontal ground motion (HGM) input only, VGM and HGM input simultaneously were performed. Seismic responses in terms of the maximum vertex displacement, the maximum inter-story drift distribution and the plastic hinge distribution were analyzed. The results show that VGM might increase or decrease the horizontal maximum vertex displacement depending on the value of axial load ratio of column. And it will increase the maximum inter-story drift and change its distribution. Finally, proper modeling method is proposed according to the distribution of plastic hinges, which is in well agreement with the actual earthquake damage.
Khalid, Muhammad Irslan;Pervaiz, Usman;Park, Duhee
Journal of the Korean GEO-environmental Society
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v.22
no.7
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pp.5-12
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2021
The reliable seismic stability evaluation of the natural slopes and geotechnical structures has become a critical factor of the design. Pseudo-static or permanent displacement methods are typically employed to evaluate the seismic slope performance. In both methods, the effect of input ground motion on the sliding surface is ignored, and failure surface from the limit equilibrium method is used. For the assessment of the seismic sensitivity of failure surface, two-dimensional non-linear finite element analyses are performed. The performance of the finite element model was validated against centrifuge measurements. A parametric study with a range of input ground motion was performed, and numerical results were used to assess the influence of ground motion characteristics on the sliding surface. Based on the results, it is demonstrated that the characteristics of input ground motion have a significant influence on the location of the seismically induce failure surface. In addition to dynamic analysis, pseudo-static analyses were performed to evaluate the discrepancy. It is observed that sliding surfaces developed from pseudo-static and dynamic analyses are different. The location of the failure surface change with the amplitude and Tm of motion. Therefore, it is recommended to determine failure surfaces from dynamic analysis
This study examines damping modification factors (DMFs) of elastic input energy spectra corresponding to a set of 116 earthquake ground motions. Mean input energy per mass spectra and mean DMFs are presented for both considered ground motion components. Damping ratios of 3%, 5%, 10%, 20%, and 30% are used and the 5% damping ratio is considered the benchmark for DMF computations. The geometric mean DMFs of the two horizontal components of each ground motion are computed and coefficients of variation are presented graphically. The results show that the input energy spectra-based DMFs exhibit a dependence on the damping ratio at very short periods and they tend to be nearly constant for larger periods. In addition, mean DMF variation is obtained graphically for also the damping ratio, and mathematical functions are fitted as a result of statistical analyses. A strong correlation between the computed DMFs and the ones from predicted equations is observed.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.25
no.6
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pp.233-240
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2021
The stochastic method is applied to simulate strong ground motions at seismic stations of seven metropolises in South Korea, creating an earthquake scenario based on the causative fault of the 2016 Gyeongju earthquake. Input parameters are established according to what has been revealed so far for the causative fault of the Gyeongju earthquake, while the ratio of differences in response spectra between observed and simulated strong ground motions is assumed to be an adjustment factor. The calculations confirm the applicability and reproducibility of strong ground motion simulations based on the relatively small bias in response spectra between observed and simulated strong ground motions. Based on this result, strong ground motions by a scenario earthquake on the causative fault of the Gyeongju earthquake with moment magnitude 6.5 are simulated, assuming that the ratios of its fault length to width are 2:1, 3:1, and 4:1. The results are similar to those of the empirical Green's function method. Although actual site response factors of seismic stations should be supplemented later, the simulated strong ground motions can be used as input data for developing ground motion prediction equations and input data for calculating the design response spectra of major facilities in South Korea.
The importance of seismic design is greatly emphasized recently in Korea, resulting in an increase in the number of dynamic analysis being performed. One of the most important input parameters for the dynamic seismic analysis is input ground motion. However, it is common practice to use recorded motions from U.S. or Japan without considering the seismic environment of Korea or synthetic motions generated in the frequency domain. The recorded motions are not suitable for the seismic environment of Korea since the variation in the duration and energy with the earthquake magnitude cannot be considered. The artificial motions generated in frequency domain used to generated design response spectrum compatible ground motion has the problem of generating motions that have different frequency characteristics compared to real recordings. In this study, an algorithm that generates target response spectrum compatible ground motions in time domain is used to generate a suite of input ground motions. The generated motions are shown to preserve the non-stationary characteristics of the real ground motion and at the same, almost perfectly match the design response spectrum.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.28
no.5
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pp.233-247
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2024
The damage to structures during an earthquake can be varied depending on the frequency characteristics of seismic waves and the geological properties of the ground. Therefore, considering such attributes in the design ground motions is crucial. The Korean seismic design standard (KDS 17 10 00) provides design response spectra for various ground classifications. If required for time-domain analysis, ground motion time series can be either selected and adjusted from motions recorded at rock sites in intraplate regions or artificially synthesized. Ground motion time series at soil sites should be obtained from site response analysis. However, in practice, selecting suitable ground motion records is challenging due to the overall lack of large earthquakes in intraplate regions, and artificially synthesized time series often leads to unrealistic responses of structures. As an alternative approach, this study provides a case study of generating ground motion time series based on the hybrid broadband ground motion simulation of selected scenario earthquakes at sites in the Nakdonggang delta region. This research is significant as it provides a novel method for generating ground motion time series that can be used in seismic design and response analysis. For large-magnitude earthquake scenarios close to the epicenter, the simulated response spectra surpassed the 1000-year design response spectra in some specific frequency ranges. Subsequently, the acceleration time series at each location were used as input motions to perform nonlinear 1D site response analysis through the PySeismoSoil Package to account for the site response characteristics at each location. The results of the study revealed a tendency to amplify ground motion in the mid to long-period range in most places within the study area. Additionally, significant amplification in the short-period range was observed in some locations characterized by a thin soil layer and relatively high shear wave velocity soil near the upper bedrock.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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