The Pacific Earthquake Engineering Research (PEER) Center has been developing a performance-based earthquake engineering (PBEE) methodology, which is based on explicit determination of performance, e.g., monetary losses, in a probabilistic manner where uncertainties in earthquake ground motion, structural response, damage estimation, and losses are explicitly considered. To carry out the PEER PBEE procedure for a component of the nuclear power plant (NPP) such as the cable tray system, hazard curve and spectra were defined for two hazard levels of the ground motions, namely, operation basis earthquake, and safe shutdown earthquake. Accordingly, two sets of spectral compatible ground motions were selected for dynamic analysis of the cable tray system. In general, the PBEE analysis of the cable tray in NPP was introduced where the resulting floor motions from the time history analysis (THA) of the NPP structure should be used as the input motion to the cable tray. However, for simplicity, a finite element model of the cable tray was developed for THA under the effect of the selected ground motions. Based on the structural analysis results, fragility curves were generated in terms of specific engineering demand parameters. Loss analysis was performed considering monetary losses corresponding to the predefined damage states. Then, overall losses were evaluated for different damage groups using the PEER PBEE methodology.
One of the key tools in assessing the seismic vulnerability of the structures is the use of fragile functions, which is the possibility of damage from a particular damage surface for several levels of risk from the seismic movements of the earth. The aim of this study is to investigate the effect of two categories of earthquake events on the fragile curve (FRC) of the steel construction system. In this study, the relative lateral displacement of the structures is considered as a damage criterion. The limits set for modifying the relative lateral position in the HAZUS instruction are used to determine the failure modes, which include: slight, moderate, extensive and complete. The results show, as time strong-motion increases, the probability of exceeding (PoE) increases (for Peak ground acceleration (PGA) less than 0.5). The increase in seismic demand increases the probability of exceeding. In other words, it increases the probability of exceeding, if the maximum earthquake acceleration increases. Also, 7-storey model in extensive mode has 20 and 26.5% PoE larger than 5- and 3-storey models, respectively.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.23
no.5
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pp.84-95
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2019
This paper reports the process of seismic fragility analysis for the rahman-type continuous bridge system. The target structure was the five span highway bridge with maximum pier hight of 72m. OpenSees software was used for the nonlinear time history analysis. In this study, 50 ground motions are considered for nonlinear time history analysis. For each ground motion, PGA was scaled from 0.1g to 2.0g with intervals of 0.1g in order to consider a wide range of the seismic intensity measure. In addition, yield displacement and ultimate displacement of each pier were calculated through section analysis. Based on the result of non linear time history analysis and section analysis, damage condition of target bridge was classified according to the definition of damage condition proposed by Barbat et al. As a result, it was predicted that Extensive Damage occurred at P1 when 0.731 g earthquake occurred in the longitudinal direction. Based on the seismic fragility analysis results, it is found that the probability of occurrence of Extensive Damage in the 4,800 - year period earthquake was about 4.2%. Therefore the target bridge has enough safety for earthquake.
In this study, we try to compare different intensity measures for evaluating nonlinear response of bridge structure. This paper presents seismic analytic fragility of a three-span concrete girder highway bridge. A complete detail of bridge modeling parameters and also its verification has been presented. Fragility function considers the relationship of intensities of the ground motion and probability of exceeding certain state of damage. Incremental dynamic analysis (IDA) has been subjected to the bridge from medium to strong ground motions. A suite of 20 earthquake ground motions with different range of PGAs are used in nonlinear dynamic analysis of the bridge. Complete sensitive analyses have been done on the response of bridge and also efficiency and practically of them are studied to obtain a proficient intensity measure for these types of structure by considering its sensitivity to the period of the bridge. Three dimensional finite element (FE) model of the bridge is developed and analyzed. The numerical results show that the bridge response is very sensitive to the earthquake ground motions when PGA and Sa (Ti, 5%) are used as intensity measure (IM) and also indicated that the failure probability of the bridge system is dominated by the bridge piers.
This article aims to investigate the possible retrofitting of a deficient building with soft story failure mode by connecting it to an adjacent building which is designed based on current code with friction dampers at all floors. Low cost and high performance reliability along with significant energy dissipation pertaining to stable hysteretic loops may be considered in order to choose the proper damper for connecting adjacent buildings. After connecting two neighbouring floors by friction dampers, the sliding forces of dampers at various stories are set in two arrangements: uniform sliding force and then variable sliding force. In order to account for the stochastic nature of the seismic events, incremental dynamic analyses are employed prior and after the installation of the friction dampers at the various floors. Based on these results, fragility curves and mean annual rate of exceedance of serviceability and ultimate limit states are obtained. The results of this study show that the collapse mode of the deficient building can affect the optimum arrangement of sliding forces of friction dampers at Collapse Prevention (CP) performance level. In particular, the Immediate Occupancy (IO) performance level is not tangible to the sliding force arrangement and it depends solely on sliding force value. Generally it can be claimed that this rehabilitation scheme can turn the challenge of pounding two adjacent buildings into the opportunity of dissipating a large amount of the seismic input energy by the friction dampers, thus improving significantly the poor seismic performance of the deficient structure.
Sina Kong;Yeeun Kim;Sinith Kung;Jiho Moon;Jong-Keol Song
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.37
no.3
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pp.151-162
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2024
As the incidence direction of ground motion (or seismic wave) changes, the seismic response of the structure will also change according to that direction. In order to analyze the effect of the seismic response of the example bridge according to the direction of incidence of ground motion, the acceleration response spectra (Sa-T1) corresponding to the 1-second period obtained for various angles of incidence were obtained. Using Sa-T1, 40 sets of orthogonal pairs of horizontal component seismic waves corresponding to 5 types of percentiles were generated. Seismic vulnerability analysis of the bridge piers was performed by obtaining the seismic response of an example bridge according to the direction of incidence of ground motion. By analyzing the seismic vulnerability analysis of seismic waves corresponding to five types of percentiles, it was found that the median value of the seismic vulnerability curve differs by about 1.2 to 2.6 times depending on the incident direction of the seismic wave. In other words, depending on the incidence direction of seismic waves, the degree of damage to the bridge structure can vary by about 1.2 to 2.6 times.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.8
no.3
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pp.43-52
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2004
This paper describes a method of evaluating seismic system performance of highway transportation network in California. The basic element that plays a crucial role in this study is the fragility information of highway bridges in Caltrans' (California Department of Transportation) freeway network. The bridge fragility information is expressed as a function of the ground motion intensity, such as peak ground acceleration (PGA) or peak ground velocity (PGV). Network damage was evaluated under the 1994 Northridge earthquake and scenario earthquakes. A probabilistic model was developed to determine the effect of repair of bridge damage on the improvement of the network performance as days passed after the event. As an example, the system performance degradation measured in terms of an index, “Drivers Delay”, is calculated for the Los Angeles area transportation system, and losses due to Drivers Delay with and without retrofit were estimated.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.37
no.2
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pp.133-141
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2024
Considering fluid-structure-soil interactions, a finite-element model for a liquid-storage tank is presented and the nonlinear earthquake response analysis is formulated. The tank structure is modeled considering shell elements with geometric and material nonlinearities. The fluid is represented by acoustic elements and combined with the structure using interface elements. To consider the soil-structure interactions, the near- and far-field regions of soil are modeled with solid elements and perfectly matched discrete layers, respectively. This approach is applied to the seismic fragility analysis of a 200,000 kL liquid-storage tank. The fragility curve is observed to be influenced by the amplification and filtering of rock outcrop motions at the site when the soil-structure interactions are considered.
The use of fragility curves in the design of bridges is becoming common these days. In this study, experimental data have been used to develop fragility curves for the potential of girder unseating of a three-segment bridge and a bridge-abutment system including the influence of spatially varying ground motions, pounding, and abutment movement. The ground excitations were simulated based on the design spectra for different soil conditions. The Newmarket Viaduct replacement bridge in Auckland was used as the prototype bridge. These fragility curves were also applied to the 2010 Darfield and 2011 Christchurch earthquakes. The study showed that for bridges with similar characteristics as the chosen prototype and with similar fundamental frequencies, pounding could increase the probability of girder unseating by up to 35% and 30% based on the AASHTO and NZTA seating length requirements, respectively. The assumption of uniform ground excitations in many design practices, such as the NZTA requirements, could potentially be disastrous as girders might have a very good chance of unseating (as much as 53% higher chances when considering spatial variation of ground motions) even when they are designed not to. In the case of superstructures with dissimilar frequencies, the assumption of fixed abutments could significantly overestimate the girder unseating potential when pounding was ignored and underestimate the chances when pounding was considered. Bridges subjected to spatially varying ground excitations simulated based on the New Zealand design spectra for soft soil conditions with weak correlation shows the highest chances of girders falling off, of up to 65% greater than for shallow soil excitations.
Farsangi, Ehsan Noroozinejad;Tasnimi, Abbas Ali;Yang, T.Y.;Takewaki, Izuru;Mohammadhasani, Mohammad
Smart Structures and Systems
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v.22
no.4
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pp.383-397
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2018
Traditional base isolation systems focus on isolating the seismic response of a structure in the horizontal direction. However, in regions where the vertical earthquake excitation is significant (such as near-fault region), a traditional base-isolated building exhibits a significant vertical vibration. To eliminate this shortcoming, a rocking-isolated system named Telescopic Column (TC) is proposed in this paper. Detailed rocking and isolation mechanism of the TC system is presented. The seismic performance of the TC is compared with the traditional elastomeric bearing (EB) and friction pendulum (FP) base-isolated systems. A 4-storey reinforced concrete moment-resisting frame (RC-MRF) is selected as the reference superstructure. The seismic response of the reference superstructure in terms of column axial forces, base shears, floor accelerations, inter-storey drift ratios (IDR) and collapse margin ratios (CMRs) are evaluated using OpenSees. The results of the nonlinear dynamic analysis subjected to multi-directional earthquake excitations show that the superstructure equipped with the newly proposed TC is more resilient and exhibits a superior response with higher margin of safety against collapse when compared with the same superstructure with the traditional base-isolation (BI) system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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