A set of mid-rise bare and uniformly infilled reinforced-concrete frame buildings are analyzed for two different seismic intensities of ground-motions (i.e., 'Design Basis Earthquake' and 'Maximum Considered Earthquake') to study their floor response. The crucial parameters affecting seismic design force for acceleration-sensitive non-structural components are studied and compared with the guidelines of the European and the United States standards, and also with the recently developed NIST provisions. It is observed that the provisions of both the European and the United States standards do not account for the effects of the period of vibration of the supporting structure and seismic intensity of ground-motions and thereby provides conservative estimates of the in-structure amplification. In case of bare frames, the herein derived component amplification factors for both the design basis earthquake and the maximum considered earthquake exceeds with their recommended values in the European and the United States standards for non-structural components having periods in vicinity of the higher modes of vibration, whereas, in case of infilled frames, component amplification factors exceeds with their recommended value in the European standard for non-structural components having periods in vicinity of the fundamental mode of vibration, and only for the design basis earthquake. As a consequence of these observations, as well as capping on the design force (in case of United states standard and NIST provisions), in case of the design basis earthquake, the combined amplification factor is underestimated for non-structural components having periods in vicinity of the higher modes of vibration of bare frames, and also for non-structural components having periods in vicinity of the fundamental mode of vibration of infilled frames. At the maximum considered earthquake demand, excepting non-structural components having periods in vicinity of the higher modes of vibration of bare frames, all provisions generally provide conservative estimates of the design floor accelerations.
Nonthermal radiation from supernova remnants (SNRs) provides observational evidence and constraints on the diffusive shock acceleration (DSA) hypothesis for the origins of Galactic cosmic rays (CRs). Recently it has been recognized that a variety of plasma wave-particle interactions operate at astrophysical shocks and the detailed outcomes of DSA are governed by their complex and nonlinear interrelationships. Here we calculate the energy spectra of CR protons and electrons accelerated at Type Ia SNRs, using time-dependent, DSA simulations with phenomenological models for magnetic field amplification due to CR streaming instabilities, Alf$\acute{e}$enic drift, and free escape boundary. We show that, if scattering centers drift with the Alf$\acute{e}$en speed in the amplified magnetic fields, the CR energy spectrum is steepened and the acceleration efficiency is significantly reduced at strong CR modified SNR shocks. Even with fast Afv$\acute{e}$nic drift, DSA can still be efficient enough to develop a substantial shock precursor due to CR pressure feedback and convert about 20-30% of the SN explosion energy into CRs. Since the high energy end of the CR proton spectrum is composed of the particles that are injected in the early stages, in order to predict nonthermal emissions, especially in X-ray and ${\gamma}-ray$ bands, it is important to follow the time dependent evolution of the shock dynamics, CR injection process, magnetic field amplification, and particle escape. Thus it is crucial to understand the details of these plasma interactions associated with collisionless shocks in successful modeling of nonlinear DSA.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.27
no.1
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pp.1-12
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2023
Structures of high-rise buildings are less prone to earthquake damage. This is because the response acceleration of high-rise buildings appears to be small by generally occurring short-period ground motions. However, due to the increased construction volume of high-rise buildings and concerns about large earthquakes, long-period ground motions have begun to be recognized as a risk factor for high-rise buildings. Ground motion observed on each floor of the building is affected by the eigenmode of the building because the ground motion input to the building is amplified in the frequency range corresponding to the building's natural frequency. In addition, long-period components of ground motion are more easily transmitted to the floor or attached components of the building than short-period components. As such, high-rise buildings and non-structural components pose concerns about long-period ground motion. However, the criteria (ASCE 7-22) underestimate the acceleration response of buildings and non-structural components caused by long-period ground motion. Therefore, the characteristics of buildings' acceleration response amplification ratio and non-structural components were reviewed in this study through shake table tests considering long-period ground motions.
Evaluation of earthquake impacts in settlements with a high risk of earthquake occurrence is important for the determination of site-specific dynamic soil parameters and earthquake-resistant structural planning. In this study, dynamic soil properties of Karliova (Bingol) city center, located near to the intersection point of the North Anatolian Fault Zone and the East Anatolian Fault Zone and therefore having a high earthquake risk, were investigated by one-dimensional equivalent linear site response analysis. From ground response analyses, peak ground acceleration, predominant site period, 0.2-sec and 1-sec spectral accelerations and soil amplification maps of the study area were obtained for both near-field and far-field earthquake effects. The average acceleration spectrum obtained from analysis, for a near-field earthquake scenario, was found to exceed the design spectra of the Turkish Earthquake Code and Eurocode 8. Yet, the average acceleration spectrum was found to remain below the respective design spectra of the two codes for the far-field earthquake scenario. According to both near- and far-field earthquake scenarios in the study area, the low-rise buildings with low modal vibration durations are expected to be exposed to high spectral acceleration values and high-rise buildings with high modal vibration durations will be exposed to lower spectral accelerations. While high amplification ratios are observed in the north of the study area for the near-distance earthquake scenario, high amplification ratios are observed in the south of the study area for the long-distance earthquake scenario.
This paper describes some recent developments in our understanding of particle acceleration by shocks. It is pointed out that while good agreement now exists as to steady nonlinear modifications to the shock structure, there is. also growing evidence that the mesoscopic scales may not in fact be steady and that siginficant instabilties associated with magnetic field amplification may be a feature of strong collisionless plasma shocks.
Kanee, Ali Reza Taghavee;Kani, Iradj Mahmood Zadeh;Noorzad, Assadollah
Earthquakes and Structures
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v.5
no.1
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pp.49-65
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2013
This article presents the statistical characteristics of elastic floor acceleration spectra that represent the peak response demand of non-structural components attached to a nonlinear supporting frame. For this purpose, a set of stiff and flexible general moment resisting frames with periods of 0.3-3.6 sec. are analyzed using forty-nine near-field strong ground motion records. Peak accelerations are derived for each single degree of freedom non-structural component, supported by the above mentioned frames, through a direct-integration time-history analysis. These accelerations are obtained by Floor Acceleration Response Spectrum (FARS) method. They are statistically analyzed in the next step to achieve a better understanding of their height-wise distributions. The factors that affect FARS values are found in the relevant state of the art. Here, they are summarized to evaluate the amplification and/or reduction of FARS values especially when the supporting structures undergo inelastic behavior. The properties of FARS values are studied in three regions: long-period, fundamental-period and short-period. Maximum elastic acceleration response of non-structural component, mounted on inelastic frames, depends on the following factors: inelasticity intensity and modal periods of supporting structure; natural period, damping ratio and location of non-structural component. The FARS values, corresponded to the modal periods of supporting structure, are strongly reduced beyond elastic domain. However, they could be amplified in the transferring period domain between the mentioned modal periods. In the next step, the amplification and/or reduction of FARS values, caused by inelastic behavior of supporting structure, are calculated. A parameter called the response acceleration reduction factor ($R_{acc}$), has been previously used for far-field earthquakes. The feasibility of extending this parameter for near-field motions is focused here, suggested repeatedly in the relevant sources. The nonlinearity of supporting structure is included in ($R_{acc}$) for better estimation of maximum non-structural component absolute acceleration demand, which is ordinarily neglected in the seismic design provisions.
In this study, the response acceleration amplification according to different conditions was analyzed by changing the boundary condition of the soil called LSB (Laminar Shear Box), which is placed on a 1 g shaking table for earthquake simulation experiments. Experiments were carried out with different boundary conditions by fixing both sides of the LSB, and two samples were tested by installing an accelerometer at the same location. In addition, using DEEPSOIL v7 program, a one-dimensional ground response analysis was performed to compare and analyze with the free field condition. As a result, it was confirmed that the acceleration was amplified as it went from the lower layer to the upper layer, and as a result of comparing it with the ground response analysis, it was confirmed that it appeared similar to the analysis under the free field condition. As a result of the SA (Spectrum acceleration) analysis, a result similar to that of the ground response analysis was obtained, and in the case of fixing, it was confirmed that the PSA (Peak Spectral Acceleration) was further amplified.
Several historical earthquakes demonstrated that local amplification and soil nonlinearity are responsible for the uneven damage pattern of the structures and lifelines. On April $25^{th}$ 2015 the Mw7.8 Gorkha earthquake stroke Nepal and neighboring countries, and caused extensive damages throughout Kathmandu valley. In this paper, comparative studies between equivalent-linear and nonlinear seismic site response analyses in five affected strategic locations are performed in order to relate the soil behavior with the observed structural damage. The acceleration response spectra and soil amplification are compared in both approaches and found that the nonlinear analysis better represented the observed damage scenario. Higher values of peak ground acceleration (PGA) and higher spectral acceleration have characterized the intense damage in three study sites and the lower values have also shown agreement with less to insignificant damages in the other two sites. In equivalent linear analysis PGA varies between 0.29 to 0.47 g, meanwhile in case of nonlinear analysis it ranges from 0.17 to 0.46 g. It is verified from both analyses that the PGA map provided by the USGS for the southern part of Kathmandu valley is not properly representative, in contrary of the northern part. Similarly, the peak spectral amplification in case of equivalent linear analysis is estimated to be varying between 2.3 to 3.8, however in case of nonlinear analysis, the variation is observed in between 8.9 to 18.2. Both the equivalent linear and nonlinear analysis have depicted the soil fundamental period as 0.4 and 0.5 sec for the studied locations and subsequent analysis for seismic demands are correlated.
Su-Kyeong Geum;Jong-Han Lee;Dohyoung Shin;Jiyoung Min
Structural Engineering and Mechanics
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v.90
no.6
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pp.591-600
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2024
This study investigated the acceleration response and shape change characteristics of a gravity quay wall according to the magnitude of the applied acceleration. The quay wall was defined as a port facility damaged by the Kobe earthquake. Four experimental scenarios were established based on the inclination condition grades, considered to be a significant defect factor in the quay wall. Then, the shaking table test was conducted using scaled-down quay wall models constructed per each scenario. The ground acceleration was gradually increased from the peak ground acceleration (PGA) of 0.1 g to 0.7 g. After each ground acceleration test, acceleration installed on the wall and backfill ground and inclination on the top of the wall were measured to assess the amplification of peak response acceleration and maximum response amplitude and the change in the inclination of the quay wall. This study also analyzed the separation of the quay wall from the backfill and the crack pattern of the backfill ground according to PGA values and inclination condition grades. The result of this study shows that response acceleration could provide a reasonable prediction for the changes in the inclination of the quay wall and the crack generation and propagation on the backfill from a current inclination condition grade.
The 2008 Iwate-Miyagi Nairiku earthquake ($M_w$ 6.9, $M_{jma}$ 7.2) occurred on 14 June 2008 in Japan. The amplification and asymmetric waveform of the vertical acceleration at the ground surface recorded by accelerometers at station IWTH25, situated 3 km from the source, were remarkable in two ways. First, the vertical acceleration was extremely large (PGA = 38.66 $m/s^2$ for the vertical component, PGA = 42.78 $m/s^2$ for the sum of the three components). Second, an unusual asymmetric waveform, which is too far above the zero acceleration axis, as well as large upward spikes were observed. Using a multidegree-of-freedom (MDF) system consisting of a one-dimensional continuum subjected to vertical acceleration recorded at a depth of 260 m below ground level, the present paper clarifies numerically that these singular phenomena in the surface vertical acceleration records occurred as a result of the jumping and collision of a layer in vertical motion. We herein propose a new mechanism for such jumping and collision of ground layers. The unexpected extensive landslides that occurred in the area around the epicenter are believed to have been produced by such jumping under the influence of vertical acceleration.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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