The prediction of seismic behavior of the existing building stock is one of the most impactful and complex problems faced by countries with frequent and intense seismic activities. Human lives can be threatened or lost, the economic life is disrupted and large amounts of monetary reparations can be potentially required. However, authorities at a regional or national level have limited resources at their disposal in order to allocate to preventative measures. Thus, in order to do so, it is essential for them to be able to rank a given population of structures according to their expected degree of damage in an earthquake. In this paper, the authors present a ranking approach, based on Machine Learning (ML) algorithms for pairwise comparisons, coupled with ad hoc ranking rules. The case study employed data from 404 reinforced concrete structures with various degrees of damage from the Athens 1999 earthquake. The two main components of our experiments pertain to the performance of the ML models and the success of the overall ranking process. The former was evaluated using the well-known respective metrics of Precision, Recall, F1-score, Accuracy and Area Under Curve (AUC). The performance of the overall ranking was evaluated using Kendall's tau distance and by viewing the problem as a classification into bins. The obtained results were promising, and were shown to outperform currently employed engineering practices. This demonstrated the capabilities and potential of these models in identifying the most vulnerable structures and, thus, mitigating the effects of earthquakes on society.
Based on the sliding isolation concrete LSS (liquid-storage structure), the specific seismic vulnerability is analyzed according to the general failure mode. In this study, 12 seismic inputs with different characteristics are used, and their acceleration peak values are modulated. By inputting these waves to the sliding isolation concrete storage structure, the finite-element models of different concrete rectangular LSSs are obtained and analyzed, and the failure probabilities are obtained according to the IDA (incremental dynamic analysis) curves of the structure. The results show that when the seismic acceleration peak value gradually increases from 0.1 g to 1.0 g, the failure probability of LSS gradually increases with the increase in friction coefficient. However, the failure probability of a sliding isolation LSS is less than 100% and far less than the failure probability of a non-isolated rectangular LSS, which shows that an isolated liquid storage structure continues working under a big earthquake. Thus, the sliding isolation for the concrete LSS has a significant damping effect.
Most of the existing seismic codes for RC buildings consider only a scenario earthquake for analysis, often characterized by the response spectrum at the specified location. However, any real earthquake event often involves occurrences of multiple earthquakes within a few hours or days, possessing similar or even higher energy than the first earthquake. This critically impairs the rehabilitation measures thereby resulting in the accumulation of structural damages for subsequent earthquakes after the first earthquake. Also, the existing seismic provisions account for the non-linear response of an RC building frame implicitly by specifying a constant response modification factor (R) in a linear elastic design. However, the 'R' specified does not address the changes in structural configurations of RC moment-resisting frames (RC MRFs) viz., building height, number of bays present, bay width, irregularities arising out of mass and stiffness changes, etc. resulting in changed dynamic characteristics of the structural system. Hence, there is an imperative need to assess the seismic performance under sequential earthquake ground motions, considering the adequacy of code-specified 'R' in the representation of dynamic characteristics of RC buildings. Therefore, the present research is focused on the evaluation of the non-linear response of medium-rise 3D RC MRFs with and without vertical irregularities under bi-directional sequential earthquake ground motions using non-linear dynamic analysis. It is evident from the results that collapse probability increases, and 'R' reduces significantly for various RC MRFs subjected to sequential earthquakes, pronouncing the vulnerability and inadequacy of estimation of design base shear by code-specified 'R' under sequential earthquakes.
Seismic damage and vulnerability of five historical masonry structures surveyed after the 1999 Kocaeli and Duzce, Turkey earthquakes are discussed in this paper. The structures are located in two neighboring cities that have been struck by five very large ($M_s{\geq}7.0$) earthquakes during the $20^{th}$ century alone. Older masonry mosques with arches and domes and their masonry minarets (slender towers) were among the most affected structures in this highly seismic region. While some of the religious and historical structures had virtually no damage, most structures suffered significant damage or collapsed. In the city of Bolu, for example, approximately 600-year-old Imaret, 500-year-old Kadi, 250-year-old Sarachane, and 100-year-old Yildirim Bayezid mosques suffered substantial structural damage after the 1999 earthquakes. Another historical mosque surveyed in Duzce partially collapsed. Most common factors contributing to deterioration of historical structures are also presented. Furthermore, a brief overview of issues associated with analysis and modeling of historical masonry structures is provided.
Yesilyurt, Ali;Zulfikar, Abdullah C.;Tuzun, Cuneyt
Earthquakes and Structures
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v.21
no.6
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pp.627-639
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2021
Fragility curves are being more significant as a useful tool for evaluating the relationship between the earthquake intensity measure and the effects of the engineering demand parameter on the buildings. In this paper, the effect of different site conditions on the vulnerability of the structures was examined through the fragility curves taking into account different strength capacities of the precast columns. Thus, typical existing single-story precast RC industrial buildings which were built in Turkey after the year 2000 were examined. The fragility curves for the three typical existing industrial structures were derived from an analytical approach by performing non-linear dynamic analyses considering three different soil conditions. The Park and Ang damage index was used in order to determine the damage level of the members. The spectral acceleration (Sa) was used as the ground motion parameter in the fragility curves. The results indicate that the fragility curves were derived for the structures vary depending on the site conditions. The damage probability of exceedance values increased from stiff site to soft site for any Sa value. This difference increases in long period in examined buildings. In addition, earthquake demand values were calculated by considering the buildings and site conditions, and the effect of the site class on the building damage was evaluated by considering the Mean Damage Ratio parameter (MDR). Achieving fragility curves and MDR curves as a function of spectral acceleration enables a quick and practical risk assessment in existing buildings.
Kim, Dookie;Yi, Jin-Hak;Seo, Hyeong-Yeol;Chang, Chunho
Structural Engineering and Mechanics
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v.29
no.6
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pp.689-707
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2008
This study presents a method to evaluate the seismic risk of an extradosed bridge with seismic isolators of lead rubber bearings (LRBs), and also to show the effectiveness of the LRB isolators on the extradosed bridge, which is one of the relatively flexible and lightly damped structures in terms of seismic risk. Initially, the seismic vulnerability of a structure is evaluated, and then the seismic hazard of a specific site is rated using an earthquake data set and seismic hazard maps in Korea. Then, the seismic risk of the structure is assessed. The nonlinear seismic analyses are carried out to consider plastic deformation of bridge columns and the nonlinear characteristics of soil foundation. To describe the nonlinear behaviour of a column, the ductility demand is adopted, and the moment-curvature relation of a column is assumed to be bilinear hysteretic. The fragility curves are represented as a log-normal distribution function for column damage, movement of superstructure, and cable yielding. And the seismic hazard at a specific site is estimated using the available seismic hazard maps. The results show that in seismically-isolated extradosed bridges under earthquakes, the effectiveness of the isolators is much more noticeable in the columns than the cables and girders.
This study evaluates the seismic performance of a premodern six story reinforced concrete building typology designed during the communism period of Albania and build throughout the country. During the November 26, 2019 Earthquake in Albania, the most affected reinforced concrete buildings were among the old templates, lacking shear walls and inadequate reinforcement details which suffer from concrete aging. The mathematical model of the selected building is done in the environments of ZeusNL software, developed especially for earthquake engineering applications. The capacity curve of the structure is gained using the conventional static nonlinear analysis. On the other hand, the demand estimation is utilized using one of the recent methods known as Incremental Dynamic Analysis with a set of 18 ground motion records. The limit states in both curves are defined based on the modern guidelines. For the pushover, immediate occupancy (IO), life safety (LS) and collapse prevention (CP) are plotted in the same graph with capacity curve. Furthermore, on each IDA derived, the IO, CP and global instability (GI) are determined. Moreover, the IDA fractiles are generated as suggested by the literature, 16%, 50% (median) and 84%. In addition, the comparative assessment of the IDA median with capacity curve shows good correlation points. Lastly, this study shows the approach of determination of LS in IDA fractiles for further vulnerability assessment based on the local seismic hazard map with 95 and 475 return period.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.17
no.1
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pp.32-40
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2005
Recent earthquakes over magnitude 5 in the eastern coast of Korea have aroused interests in the earthquake analyses and seismic design of breakwater structures. Most of earthquake analysis methods such as equivalent static analysis, response spectrum analysis, nonlinear analysis, and capacity analysis methods are deterministic and have been used for seismic design and performance evaluation of breakwater structures. However, deterministic methods are difficult to reflect one of the most important characteristics of earthquakes, i.e. the uncertainty of earthquakes. This paper presents results of probabilistic seismic risk assessment(PSRA) of an actual caisson type breakwater structure considering uncertainties of earthquake occurrences and soil properties. First the seismic vulnerability of a structure and the seismic hazard of the site are evaluated using earthquake sets and seismic hazard map, and then seismic risk of the structure is assessed.
Vulnerability studies on the existing building stock require that a large number of buildings is analyzed to obtain statistically significant evaluations of the seismic performance. Therefore, analytical evaluation methods need to be based on simplified methodologies of analysis which can afford the treatment of a large building population with a reasonable computational effort. Simplified Pushover-Based Earthquake Loss Assessment approach (SP-BELA), where a simplified methodology to identify the structural capacity of the building through the definition of a pushover curve is adopted, was developed on these bases. Main objective of the research work presented in this paper is to validate the simplified methodology implemented in SP-BELA against the results of more sophisticated nonlinear dynamic analyses (NLDAs). The comparison is performed for RC buildings designed only to vertical loads, representative of the "as built" in Italy and in Mediterranean countries with a building stock very similar to the Italian one. In NLDAs the non linear and degrading behaviour, typical of the structures under consideration when subjected to high seismic loads, is evaluated using models able to capture, with adequate accuracy, the non linear behaviour of RC structural elements taking into account stiffness degradation, strength deterioration, and pinching effect. Results show when simplified analyses are in good agreement with NLDAs. As a consequence, unsatisfactory results from simplified analysis are pointed out to address their current applicability limits.
This paper presents a probabilistic fragility analysis for two groups of bridges: simply supported and integral bridges. Comparisons are based on the seismic fragility of the bridges subjected to accelerograms of two seismic sources. Three-dimensional finite-element models of the bridges were created for each set of bridge samples, considering the nonlinear behaviour of critical bridge components. When the seismic hazard in the site is controlled by a few seismic sources, it is important to quantify separately the contribution of each fault to the structure vulnerability. In this study, seismic records come from earthquakes that originated in strike-slip and reverse faulting mechanisms. The influence of the earthquake mechanism on the seismic vulnerability of the bridges was analysed by considering the displacement ductility of the piers. An in-depth parametric study was conducted to evaluate the sensitivity of the bridges' seismic responses to variations of structural parameters. The analysis showed that uncertainties related to the presence of lap splices in columns and superstructure type in terms of integral or simply supported spans should be considered in the fragility analysis of the bridge system. Finally, the fragility curves determine the conditional probabilities that a specific structural demand will reach or exceed the structural capacity by considering peak ground acceleration (PGA) and acceleration spectrum intensity (ASI). The results also show that the simply supported bridges perform consistently better from a seismic perspective than integral bridges and focal mechanism of the earthquakes plays an important role in the seismic fragility analysis of highway bridges.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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