The dynamic response and seismic damage of single-layer reticulated shells in the near field of a rupturing fault can be different from those in the far field due to the different characteristics in the ground motions. To investigate the effect, the dynamic response and seismic damage of this spatial structures subjected to two different ground motions were numerically studied by nonlinear dynamic response analysis. Firstly, twelve seismic waves with an apparent velocity pulse, including horizontal and vertical seismic waves, were selected to represent the near-fault ground motion characteristics. In contrast, twelve seismic records recorded at the same site from other or same events where the epicenter was far away from the site were employed as the far-fault ground motions. Secondly, the parametric modeling process of Kiewitt single-layer reticulated domes using the finite-element package ANSYS was described carefully. Thirdly, a nonlinear time-history response analysis was carried out for typical domes subjected to different earthquakes, followed by analyzing the dynamic response and seismic damage of this spatial structures under two different ground motions based on the maximum nodal displacements and Park-Ang index as well as dissipated energy. The results showed that this spatial structures in the near field of a rupturing fault exhibit a larger dynamic response and seismic damage than those obtained from far-fault ground motions. In addition, the results also showed that the frequency overlap between structures and ground motions has a significant influence on the dynamic response of the single-layer reticulated shells, the duration of the ground motions has little effects.
The elastic seismic response of plan-asymmetric multi storey steel-frame buildings is investigated under earthquake loading with particular emphasis on forward-rupture directivity and fling records. Three asymmetric building systems are generated with different torsional stiffness and varying static eccentricity. The structural characteristic of these systems are designed according to UBC 97 code and their seismic responses subjected to a set of earthquake records are obtained from the response history analysis (RHA) as well as the linear static analysis (LSA). It is shown that, the elastic torsional response is influenced by the intensity of near-fault ground motions with different energy contents. In the extreme case of very strong earthquakes, the behaviour of torsionally stiff buildings and torsionally flexible buildings may differ substantially due to the fact that the displacement envelope of the deck depends on ground motion characteristics.
It is of great importance to assess the residual displacement demand in the performance-based seismic design. In this paper, a hybrid deep learning model for predicting the residual displacement spectra under near-fault (NF) ground motions is proposed by combining the long short-term memory network (LSTM) and back-propagation (BP) network. The model is featured by its capacity of predicting the residual displacement spectrum under a given NF ground motion while considering the effects of structural parameters. To construct this model, 315 natural and artificial NF ground motions were employed to compute the residual displacement spectra through elastoplastic time history analysis considering different structural parameters. Based on the resulted dataset with a total of 9,450 samples, the proposed model was finally trained and tested. The results show that the proposed model has a satisfactory accuracy as well as a high efficiency in predicting residual displacement spectra under given NF ground motions while considering the impacts of structural parameters.
This paper presents a numerical investigation on the seismic behavior of isolated bridges with supplemental viscous damping. Usually very large displacements make seismic isolation an unfeasible solution due to boundary conditions, especially in case of existing bridges or high risk seismic regions. First, a suggested optimal design procedure is introduced, then seismic performance of three real bridges with different isolation systems and damping levels is investigated. Each bridge is studied in four different configurations: simply supported (SSB), isolated with 10% damping (IB), isolated with 30% damping (LRB) and isolated with optimal supplemental damping ratio (IDB). Two of the case studies are investigated under spectrum compatible far-field ground motions, while the third one is subjected to near-fault strong motions. With respect to different design strategies proposed by other authors, results of the analysis demonstrated that an isolated bridge equipped with HDLRBs and a total equivalent damping ratio of 70% represents a very effective design solution. Thanks to confirmed effective performance in terms of base shear mitigation and displacement reduction under both far field and near fault ground motions, as well as for both simply supported and continuous bridges, the suggested control system provides robustness and reliability in terms of seismic performance also resulting cost effective.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2006.11a
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pp.85-88
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2006
This paper deals with shaking table tests on RC piers to evaluate the seismic performance under near fault motion. Small scale models were fabricated and axial force was applied by introducing prestress at the centroid of the column section. Mass effect of the superstructures was simulated by mass frame which was linked with a pier model by steel bars because of the limited payload of shaking table. Friction of the mass frame when it moves was minimized by special details and it was proved before tests. Scale factor of the RC piers was 4.25. Main parameters of the test were details of reinforcements. After verifying the results of shaking table tests, seismic performance was evaluated by increasing the acceleration of the near fault motion.
Since the peak seismic response of a base-isolated building strongly depends on the characteristics of the imposed seismic ground motion, the behavior of a base-isolated building under different seismic ground motions is studied, in order to better assess their effects on its peak seismic response. Specifically, the behavior of a typical steel building is examined as base-isolated with elastomeric bearings, while the effect of near-fault ground motions is studied by imposing 7 pairs of near- and 7 pairs of far-fault seismic records, from the same 7 earthquake events, to the building, under 3 different loading combinations, through three-dimensional (3D) nonlinear dynamic analyses, conducted with SAP2000. The results indicate that near-fault seismic components are more likely to increase the building's peak seismic response than the corresponding far-fault components. Furthermore, the direction of the imposed earthquake excitations is also varied by rotating the imposed pairs of seismic records from 0◦ to 360◦, with respect to the major construction axes. It is observed that the peak seismic responses along the critical incident angles, which in general differ from the major horizontal construction axes of the building, are significantly higher. Moreover, the influence of 5% and 10% accidental mass eccentricities is also studied, revealing that when considering accidental mass eccentricities the peak relative displacements of the base isolated building at the isolation level are substantially increased, while the peak floor accelerations and interstory drifts of its superstructure are only slightly affected.
The near fault ground motion (NFGM) is characterized by a single long period velocity pulse with large magnitude. NFGMs have been observed in recent strong earthquakes, Northridge (1994), Japan Kobe (1995), Turkey Izmit (1999), China Sichuan (2008), Haiti (2010) etc. These strong earthquakes have caused considerable damage to infrastructures because the epicenter was close to the urban area, called as NFGM. Extensive research for the far field ground motion (FFGM) have been carried out in strong seismic region, but limited research have been done for NFGM in low or moderate seismic regions because of very few records. The purpose of this research is to investigate and analyze the seismic response of reinforced concrete bridge piers subjected to near-fault ground motions. The seismic performance of six RC bridge piers depending on three confinement steel ratios and three superstructure mass was investigated on the shaking table. From these experimental results, it was confirmed that the reduction of seismic performance was observed for test specimens with lower confinement steel ratio or more deck weight. The displacement ductility of RC bridge piers in terms of the stiffness degradation is proposed based on test results the shaking table.
An experimental study was conducted to evaluate the effects of loading sequence and lateral bracing on the behavior of reduced beam section (RBS) steel moment frame connections. Four full-scale moment connections were cyclically tested-two with a standard loading history and the other two with a near-fault loading history. All specimens reached at least 0.03 radian of plastic rotation without brittle fracture of the beam flange groove welds. Two specimens tested with the nearfault loading protocol reached at least 0.05 radian of plastic rotation, and both experienced smaller buckling amplitudes at comparable drift levels. Energy dissipation capacities were insensitive to the types of loading protocol used. Adding a lateral bracing near the RBS region produced a higher plastic rotation; the strength degradation and buckling amplitude were reduced. A non-linear finite element analysis of a one-and-a-half-bay beam-column subassembly was also conducted to study the system restraint effect. The study showed that the axial restraint of the beam could significantly reduce the strength degradation and buckling amplitude at higher deformation levels.
The dynamic responses of a rocking wall-moment frame (RWMF) with a post-tensioned cable are investigated. The nonlinear equations of motions are developed, which can be categorized as a single-degree-of-freedom (SDOF) model. The model is validated through comparison of the rocking response of the rigid rocking wall (RRW) and displacement of the moment frame (MF) against that obtained from Finite Element analysis when subjected ground motion excitation. A comprehensive parametric analysis is carried out to determine the seismic performance factors of the RWMF systems under near-fault trigonometric pulse excitation. The horizontal displacement of the RWMF system is compared with that of MF structures without RRW, revealing the damping effect of the RRW. Frame displacement spectra excited by trigonometric pulses and recorded earthquake ground motions are constructed. The effects of pulse type, mass ratio, frame stiffness, and wall slenderness variations on the displacement spectra are presented. The paper shows that the coupling with a RRW has mixed results on suppressing the maximum displacement response of the frame.
Jiang, Shan;Zhai, Changhai;Zhang, Chunwei;Ning, Ning
Earthquakes and Structures
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v.15
no.4
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pp.395-402
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2018
Floor location of adjacent buildings may be different in terms of height elevation, and thus, the slab may hit on the columns of adjacent insufficiently separated buildings during severe ground motions. Such impacts, often referred to as mid-column pounding, can be catastrophic. Substantial pounding damage or even total collapse of structures was often observed in large amount of adjacent low rise buildings. The research on the mid-column pounding between low rise buildings is in urgency need. In present study, the responses of two adjacent low rise buildings with unequal heights and different dynamic properties have been analyzed. Parametric studies have also been conducted to assess the influence of story height difference, gap distance and input direction of ground motion on the effect of structural pounding response. Another emphasis of this study is to analyze the near-fault effect, which is important for the structures located in the near-fault area. The analysis results show that collisions exhibit significant influence on the local shear force response of the column suffering impact. Because of asymmetric configuration of systems, the structural seismic behavior is distinct by varying the incident directions of the ground motions. Results also show that near-fault earthquakes induced ground motions can cause more significant effect on the pounding responses.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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