Ground Motion Prediction Equations (GMPEs) are essential tools in seismic hazard analysis. With the introduction of probabilistic approaches for the estimation of seismic response of structures, also known as, performance based earthquake engineering framework; new tasks are defined for response spectrum such as the reference criterion for effective structure-specific selection of ground motions for nonlinear time history analysis. One of the recent efforts to introduce a high quality databank of ground motions besides the corresponding selection scheme based on the broadband spectral consistency is the development of SIMBAD (Selected Input Motions for displacement-Based Assessment and Design), which is designed to improve the reliability of spectral values at all natural periods by removing noise with modern proposed approaches. In this paper, a new global GMPE is proposed by using selected ground motions from SIMBAD to improve the reliability of computed spectral shape indicators. To determine regression coefficients, 204 pairs of horizontal components from 35 earthquakes with magnitude ranging from Mw 5 to Mw 7.1 and epicentral distances lower than 40 km selected from SIMBAD are used. The proposed equation is compared with similar models both qualitatively and quantitatively. After the verification of model by several goodness-of-fit measures, the epsilon values as the spectral shape indicator are computed and the validity of available prediction equations for correlation of the pairs of epsilon values is examined. General consistency between predictions by new model and others, especially, in short periods is confirmed, while, at longer periods, there are meaningful differences between normalized residuals and correlation coefficients between pairs of them estimated by new model and those are computed by other empirical equations. A simple collapse assessment example indicate possible improvement in the correlation between collapse capacity and spectral shape indicators (${\varepsilon}$) up to 20% by selection of a more applicable GMPE for calculation of ${\varepsilon}$.
Mahmoudabadi, Vahidreza;Bahar, Omid;Jafari, Mohammad Kazem;Safiey, Amir
Structural Engineering and Mechanics
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v.71
no.4
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pp.445-458
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2019
This study mainly aims to assess the performance of soil-structure systems designed by direct displacement-based method coupled with strong column-weak beam design concept through various system identification techniques under strong ground motions. To this end, various system identification methods are employed to evaluate the dynamic characteristics of a structure (i.e., modal frequency, system damping, mode shapes, and plastic hinge formation pattern) under a strong seismic excitation considering soil-structure interaction for different site conditions as specified by ASCE 7-10. The scope of the study narrowed down to the code-complying low- to high-rise steel moment resisting frames with various heights (4, 8, 12, 16-story). The comparison of the result of soil-structure systems with fix-based support condition indicates that the modal frequencies of these systems are highly influenced by the structure heights, specifically for the softer soils. This trend is more significant for higher modes of the system which can considerably dominate the response of structures in which the higher modes have more contribution in dynamic response. Amongst all studied modes of the vibration, the damping ratio estimated for the first mode is relatively the closet to the initial assumed damping ratios. Moreover, it was found that fewer plastic hinges are developed in the structure of soil-structure systems with a softer soil which contradicts the general expectation of higher damageability of such structural systems.
Yamanaka, Hiroaki;Ohtawara, Kaoru;Grutas, Rhommel;Tiglao, Robert B.;Lasala, Melchor;Narag, Ishmael C.;Bautista, Bartlome C.
Geophysics and Geophysical Exploration
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v.14
no.1
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pp.69-79
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2011
In this study, empirical site amplifications and S-wave velocity profiles for shallow and deep soils are estimated using earthquake ground motion records in metropolitan Manila, the Philippines. We first apply a spectral inversion technique to the earthquake records to estimate effects of source, path, and local site amplification. The earthquake data used were obtained during 36 moderate earthquakes at 10 strong-motion stations of an earthquake observation network in Manila. The estimated Q value of the propagation path is modelled as $54.6f^{1.1}$. Most of the source spectra can be approximated with the omega-square model. The site amplifications show characteristic features according to surface geological conditions. The amplifications at the sites in the coastal lowland and Marikina Valley shows predominant peaks at frequencies from 1 to 5 Hz, while those in the central plateau are characterised by no dominant peaks. These site amplifications are inverted to subsurface S-wave velocity. We, next, discuss the relationship between the amplifications and average S-wave velocity in the top 30m of the S-wave velocity profiles. The amplifications at low frequencies are well correlated with the averaged S-wave velocity. However, high-frequency amplifications cannot be sufficiently explained by the averaged S-wave velocity in the top 30 m. They are correlated more with the average of S-wave velocity over depths less than 30 m.
The Hilbert-Huang transform (HHT) consists of empirical mode decomposition (EMD) and Hilbert spectral analysis. EMD has been successfully applied for identification of mode shapes of structures based on input-output approaches. This paper aims to extend application of EMD for output-only identification of mode shapes of linear structures. In this regard, a new simple and efficient method based on band-pass filtering and EMD is proposed. Having rather accurate estimates of modal frequencies from measured responses, the proposed method is capable to extract the corresponding mode shapes. In order to evaluate the accuracy and performance of the proposed identification method, two case studies are considered. In the first case, the performance of the method is validated through the analysis of simulated responses obtained from an analytical structural model with known dynamical properties. The low-amplitude responses recorded from the UCLA Factor Building during the 2004 Parkfield earthquake are used in the second case to identify the first three mode shapes of the building in three different directions. The results demonstrate the remarkable ability of the proposed method in correct estimation of mode shapes of the linear structures based on rather accurate modal frequencies.
Considering the history of severe earthquakes and the presence of active faults in the greater Tehran region, the possibility of a destructive earthquake occurring is high and seismic hazard analysis is crucial. Gumbel distributions are commonly-used statistical distributions in earthquake engineering and seismology. Their main advantage is their basis on the largest earthquake magnitudes selected from an equal-time predefined set. In this study, the first asymptotic distribution of extremes is used to estimate seismicity parameters and peak ground acceleration (PGA). By assuming a Poisson distribution for the earthquakes, after estimation of seismicity parameters, the mean return period and the probable maximum magnitude within a given time interval are obtained. A maximum probable magnitude of 7.0 has a mean return period of 100 years in this region. For a return period of 475 years, the PGA in the greater Tehran region is estimated to be 0.39g to 0.42g, depending on local site conditions. This value is greater than that of the Iranian Code for Seismic Design of Buildings, indicating that a revision of the code is necessary.
Farmanbordar, Babak;Adnan, Azlan Bin;Tahir, Mahmood Md.;Faridmehr, Iman
Advances in Computational Design
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v.2
no.3
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pp.211-223
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2017
This research presented a numerical and experimental study on the seismic performance of first-generation base-isolated and fixed-base nuclear power plants (NPP). Three types of the base isolation system were applied to rehabilitate the first-generation nuclear power plants: frictional pendulum (FP), high-damping rubber (HDR) and lead-rubber (LR) base isolation. Also, an Excel program was proposed for the design of the abovementioned base isolators in accordance with UBC 97 and the Japan Society of Base Isolation Regulation. The seismic assessment was performed using the pushover and nonlinear time history analysis methods in accordance with the FEMA 356 regulation. To validate the adequacy of the proposed design procedure, two small-scale NPPs were constructed at Universiti Teknologi Malaysia's structural laboratory and subjected to a pushover test for two different base conditions, fixed and HDR-isolated base. The results showed that base-isolated structures achieved adequate seismic performance compared with the fixed-base one, and all three isolators led to a significant reduction in the containment's tension, overturning moment and base shear.
Farsangi, Ehsan Noroozinejad;Tasnimi, Abbas Ali;Mansouri, Babak
Computers and Concrete
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v.16
no.1
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pp.99-123
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2015
In this study, structural vulnerability of reinforced concrete moment resisting frames (RC-MRFs) by considering the Iran-specific characteristics is investigated to manage the earthquake risk in terms of multicomponent seismic excitations. Low and medium rise RC-MRFs, which constitute approximately 80-90% of the total buildings stock in Iran, are focused in this fragility-based assessment. The seismic design of 3-12 story RC-MRFs are carried out according to the Iranian Code of Practice for Seismic Resistant Design of Buildings (Standard No. 2800), and the analytical models are formed accordingly in open source nonlinear platforms. Frame structures are categorized in three subclasses according to the specific characteristics of construction practice and the observed seismic performance after major earthquakes in Iran. Both far and near fields' ground motions have been considered in the fragility estimation. An optimal intensity measure (IM) called Sa, avg and beta probability distribution were used to obtain reliable fragility-based database for earthquake damage and loss estimation of RC buildings stock in urban areas of Iran. Nonlinear incremental dynamic analyses by means of lumped-parameter based structural models have been simulated and performed to extract the fragility curves. Approximate confidence bounds are developed to represent the epistemic uncertainties inherent in the fragility estimations. Consequently, it's shown that including vertical ground motion in the analysis is highly recommended for reliable seismic assessment of RC buildings.
Out of plane behaviors of walls and infills are investigated in this paper, using rigid block concepts. Walls and infills are sometimes separated from top beams because of in plane movement of the walls and crumbling mortar layers under the top beams. Therefore, sufficient strength should be supplied to hold them against out of plane forces. Such walls are studied here under some real and scaled earthquakes, regarding their out of plane behavior. Influences of some reinforcements, connecting the walls to frames or perpendicular walls, are also studied. It is shown that unreinforced walls of regular sizes (3 m high and 4.5 m long) are normally unstable in the earthquakes. However, performing some reinforced bars that connect them to adjacent elements- frames or perpendicular walls - stabilizes them. Eventually, it is concluded that supplying 3 reinforced bars at 1/4, 2/4 and 3/4 of the panel's height stabilizes the walls in the assumed earthquakes. In this regard, for 20 cm and 35 cm thick walls ${\Phi}$18mm and ${\Phi}$20mm bars are to be used, respectively. For walls with other configurations, the forces and required areas of the reinforcements can be determined by the developed method of this paper.
Results of an experimental program are presented in this paper for the influence of vertical load on the in-plane behavior of masonry infilled steel frames. Five half-scaled single-story, single-bay steel frame specimens were tested under cyclic lateral loading. The specimens included four infilled frames and one bare frame. Two similar specimens as well as the bare frame had moment-resisting steel frames, while the remaining two specimens had pinned steel frames. For each frame type, one specimen was tested under simultaneous vertical and lateral loading, whereas the other was subjected only to lateral loading. The experimental results show that the vertical load changes the cracking patterns and failure modes of the infill panels. It improves dissipated hysteresis energy and equivalent viscous damping. Global responses of specimens, including stiffness and maximum strength, do no change by vertical loading considerably. Regarding the ductility, the presence of vertical load is ignorable in the specimen with moment-resisting frame. However, it increases the ductility of the infilled pinned frame specimen, leading to an enhancement in the m-factor by at least 2.5 times. In summary, it is concluded that the influence of the vertical load on the lateral response of infilled frames can be conservatively ignored.
Most damaging earthquakes come as complex sequences characterized by strong aftershocks, sometimes by foreshocks and often by multiple mainshocks. Complex earthquake sequences have enormous seismic hazard, engineering and societal implications as their impact on buildings and infrastructures may be much more severe at the end of the sequence than just after the mainshock. In this paper we examine whether historical sources can help characterizing the rare earthquake sequences of pre-instrumental times in full, including fore-, main- and aftershocks. Thanks to the its huge documentary heritage, Italy relies on one of the richest parametric earthquake catalogues worldwide. Unfortunately most current methods for assessing seismic hazard require that earthquake catalogues be declustered by removing all shocks that bear some dependency with those identified as mainshocks. We maintain that this requirement has led most modern historical seismologists to focus mainly on mainshocks rather than also on the fore- and aftershocks. To shed light onto major earthquake sequences of the past, rather than onto individual mainshocks, we investigated 10 damaging earthquake sequences ($M_w$ 4.7-7.0) that hit the L'Aquila area and central Abruzzo from the 14th to the 20th century. We find that most of the results of historical research are important for modern seismology, yet their rendering by the current parametric catalogues causes most information to be lost or not easily transferred to the potential users. For this reason we advocate a change in current strategies and the creation of a more flexible standard for storing and using all the information made available by historical seismology.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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