Reinforced concrete containment (RCC) building has long been considered as the last barrier for keeping the radiation from leaking into the environment. It is important to quantify the performance of these structures and facilities considering extreme conditions. However, the preceding research on evaluating nuclear power plant (NPP) structures, particularly considering mainshock-aftershock seismic sequences, is deficient. Therefore, this manuscript serves to investigate the seismic fragility of a typical RCC building subjected to mainshock-aftershock seismic sequences. The implementation of the fragility assessment has been performed based on the incremental dynamic analysis (IDA) method. A lumped mass RCC model considering the tri-linear skeleton curve and the maximum point-oriented hysteretic rule is employed for IDA analyses. The results indicate that the seismic capacity of the RCC building would be overestimated without taking into account the mainshock-aftershock effects. It is also found that the seismic capacity of the RCC building decreases with the increase of the relative intensity of aftershock ground motions to mainshock ground motions. In addition, the effects of artificial mainshock-aftershock ground motions generated from the repeated and randomized approaches and the polarity of the aftershock with respect to the mainshock on the evaluation of the RCC are also researched, respectively.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.22
no.5
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pp.271-280
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2018
This paper presents a framework for developing aftershock fragility curves for reinforced concrete bridges initially damaged by mainshocks. The presented aftershock fragility is a damage-dependent fragility function, which is conditioned on an initial damage state resulting from mainshocks. The presented framework can capture the cumulative damage of as-built bridges due to mainshock-aftershock sequences as well as the reduced vulnerability of bridges repaired with CFRP pier jackets. To achieve this goal, the numerical model of column jackets is firstly presented and then validated using existing experimental data available in literature. A four-span concrete box-girder bridge is selected as a case study to examine the application of the presented framework. The aftershock fragility curves are derived using response data from back-to-back nonlinear dynamic analyses under mainshock-aftershock sequences. The aftershock fragility curves for as-built bridge columns are firstly compared with different levels of initial damage state, and then the post-repair effect of FRP pier jacket is examined through the comparison of aftershock fragility curves for as-built and repaired piers.
This is paper presents the results of an analytical study aimed at evaluating the effect of narrow-banded mainshock/aftershock seismic sequences on the response of structures built on very soft soil sites. Due to the scarce availability of recorded seismic sequences in accelerographic stations located in the lake-bed of Mexico City, artificial narrow-banded sequences were employed. In the first part of this study, a parametric investigation was carried out to identify the mainshock/aftershock ground motion features that have detrimental effects in the seismic performance of equivalent single-degree-of-freedom systems representative of framed-buildings that house standard and essential facilities. In the second part of this work, the seismic response of two (8- and 18-story) steel-moment resisting frames that house essential facilities is examined. It is concluded that buildings with fundamental periods of vibration longer than the dominant period of the mainshock can experience a significant increment in their inter-story drift demands due to the occurrence of an aftershock.
Hosseini, Seyed Amin;Ruiz-Garcia, Jorge;Massumi, Ali
Structural Engineering and Mechanics
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v.72
no.3
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pp.395-408
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2019
Engineered structures built in seismic-prone areas are affected by aftershocks in addition to mainshocks. Although aftershocks generally are lower in magnitude than that of the mainshocks, some aftershocks may have higher intensities; thus, structures should be able to withstand the effect of strong aftershocks as well. This seismic scenario arises for far-field mainshock along with near-field aftershocks. In this study, four 2D reinforced concrete (RC) frames with different numbers of stories were designed in accordance with the current Iranian seismic design code. As a way to evaluate the seismic response of the case-study RC frames, the inter-story drift ratio (IDR) demand, the residual inter-story drift ratio (RIDR) demand, the Park-Ang damage index, and the period elongation ratio can be useful engineering demand parameters for evaluating their seismic performance under mainshock-aftershock sequences. The frame models were analyzed under a set of far-field mainshock, near-fault aftershocks seismic sequences using nonlinear dynamic time-history analysis to investigate the relationship among IDR, RIDR, Park-Ang damage index and period ratio experienced by the frames. The results indicate that the growth of IDR, RIDR, Park-Ang damage index, and period ratio in high-rise and short structures under near-fault aftershocks were significant. It is evident that engineers should consider the effects of near-fault aftershocks on damaged frames that experience far-field mainshocks as well.
Successive ground motions having short time intervals have occurred in many earthquakes so far. It is necessary to investigate the effects of this phenomenon on different types of structures and to take these effects into consideration while designing or retrofitting structures. The effects of seismic sequences on the structures with combined reinforced concrete shear wall and moment resisting frame system have not been investigated in details yet. This paper has tried to analyse the seismic performance of structures with such structural systems subjected to mainshock-aftershock sequences. The effects of the seismic sequences on the investigated models are evaluated by strong measures such as IDA capacity and fragility and vulnerability curves. The results of this study show that the seismic sequences have a significant effect on the investigated models, which necessitates considering this effect on designing, retrofitting, decision making, and taking precautions.
This paper investigates the effect of aftershocks on the seismic performance of self-centering (SC) prestressed concrete frames using the probabilistic seismic demand analysis methodology. For this purpose, a 4-story SC concrete frame and a conventional reinforced concrete (RC) frame are designed and numerically analyzed through nonlinear dynamic analyses based on a set of as-recorded mainshock-aftershock seismic sequences. The peak and residual story drifts are selected as the demand parameters. The probabilistic seismic demand models of the SC and RC frames are compared, and the SC frame is found to have less dispersion of peak and residual story drifts. The results of drift demand hazard analyses reveal that the SC frame experiences lower peak story drift hazards and significantly reduced residual story drift hazards than the RC frame when subjected to the mainshocks only or the mainshock-aftershock sequences, which demonstrates the advantages of the SC frame over the RC frame. For both the SC and RC frames, the influence of as-recorded aftershocks on the drift demand hazards is small. It is shown that artificial aftershocks can produce notably increased drift demand hazards of the RC frame, while the incremental effect of artificial aftershocks on the drift demand hazards of the SC frame is much smaller. It is also found that aftershock polarity does not influence the drift demand hazards of both the SC and RC frames.
This paper focuses on the post-earthquake serviceability of steel arch bridges installed with three types of seismic dampers suffered mainshock-aftershock sequences. Two post-earthquake serviceability verification methods for the steel arch bridges are compared. The energy-absorbing properties of three types of seismic dampers, including the buckling restrained brace, the shear panel damper and the shape memory alloy damper, are investigated under major earthquakes. Repeated earthquakes are applied to the steel arch bridges to examine the influence of the aftershocks to the structures with and without dampers. The relative displacement is proposed for the horizontal transverse components in such complicated structures. Results indicate that the strain-based verification method is more conservative than the displacement-base verification method in evaluating the post-earthquake serviceability of structures and the seismic performance of the retrofitted structure is significantly improved.
Xue Zhang;Chunfeng Zhao;Lunhai Zhi;Rui Pang;Y.L. Mo
Nuclear Engineering and Technology
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v.56
no.8
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pp.3397-3404
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2024
The shield building of the AP1000 nuclear power plant serves as a crucial protective barrier against radioactive substances. However, past research indicates that structures are susceptible to experiencing aftershocks, which may lead to unforeseeable damage and potential radioactive material leakage. To address this issue, a finite element model of the shield building was established with the damage indexes of the tensile and compressive damage selected for further model analysis. According to the fundamental theory of reliability, the traditional incremental dynamic analysis method was used to analyze the seismic fragility of the shield building by inputting mainshock and aftershock sequences with three strength ratios. The results indicate that the seismic fragility of shield building may be underestimated without considering the influence of aftershocks and the damage state presents an upward tendency as the strength ratio increases. However, the cumulative damage caused by aftershocks is unlikely to exceed the initial damage induced by the corresponding mainshock. Overall, the aggravation of the compressive damage is less pronounced than the increase of the tensile damage as the strength ratio increases.
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.
High-speed railway bridge piers in seismically active area may be subjected to multiple earthquakes and then produce cumulative residual deformation. To study the cumulative residual deformation of high-speed railway bridge piers under multiple earthquakes, a nonlinear numerical analytical model with multi-DOF (MDOF) system is presented and validated against two shaking table tests in this paper. Based on the presented model, a simple supported beam bridge pier model of high-speed railway is established and used to investigate the cumulative residual deformation of high-speed railway bridge pier under mainshock-aftershock sequences and swarm type seismic sequences. The results show that the cumulative residual deformation of the bridge pier increases with earthquake number, and the increasing rates are different under different earthquake number. The residual deformation of bridge pier subjected to multiple earthquakes is accumulated and may exceed the limit of code.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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