The design response spectrum presented in the seismic design standard reflects the characteristics of the tectonic environment at a site. However, since the design response spectrum does not represent the ground motion with a specific earthquake magnitude or distance, input ground motions for response history analysis need to be selected reasonably. It is appropriate to use observed ground motions recorded in Korea for the seismic design. However, recently recorded ground motions in the Gyeongju (2016) or Pohang (2017) earthquakes are not compatible with the design response spectrum. Therefore, it is necessary to convert the recorded ground motion in Korea to a model similar to the design response spectrum. In this study, several approaches to adjust the spectral acceleration level at each period range were tested. These are the intrinsic and scattering attenuation considering the earthquake environment, magnitude, distance change by the green function method, and a rupture propagation direction's directivity effect. Using these variables, the amplification ratio for the representative natural period was regressed. Finally, the optimum condition compatible with the design response spectrum was suggested, and the validation was performed by converting the recorded ground motion.
In the nonlinear dynamic structural analysis, the given ground excitation as an input should be well defined. Because of the lack of recorded accelerograms in Korea, it is required to generate an artificial earthquake by a stochastic model of ground excitation with various dynamic properties rather than recorded accelerograms. It is well own that earthquake motions are generally non-stationary with time-varying intensity and frequency content. Many researchers have proposed non-stationary random process models. Yeh and Wen (1990) proposed a non-stationary stochastic process model which can be modeled as components with an intensity function, a frequency modulation function and a power spectral density function to describe such non-stationary characteristics. This model is based on the simulation for the strong-motion earthquakes with magnitude greater than approximately 5.0~6.0, because it will be not only expected to cause structural damage but also involved the characteristics of earthquake motions. Also, the recorded earthquake motion within this range are still very scarce in Korea. Thus, it is necessary to verify the model by the application of it to the mid-magnitude (approximately 4.0~6.0) earthquakes actually recorded in domestic or foreign area. The purpose of the paper is to generate an artificial earthquake using the model of Yeh and Wen in the area with low seismicity.
한국지진공학회 1998년도 추계 학술발표회 논문집 Proceedings of EESK Conference-Spring 1998
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pp.335-342
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1998
A soil-structure interaction (SSI) experiment is being conducted in a seismically active region in Hualien, Taiwan. To obtain earthquake data for quantifying SSI effects and providing a basis to benchmark analysis methods, a 1/4-th scale cylindrical concrete containment model similar in shape to that of a nuclear power plant containment was constructed in the field where both the containment model and its surrounding soil, surface and sub-surface, are extensively instrumented to record earthquake data. In between September 1993 and May 1996, fifteen earthquakes with Richter magnitudes ranging from 4.2 to 6.2 were recorded. The recorded data were analyzed to provide information on the response characteristics of the Hualien soil-structure system, the SSI effects and the ground motion characteristics. The ground response data were analyzed for their variations with depth, with distance from the model structure, and at the same depths along downhole arrays. Variations of soil stiffness and soil-structure system frequencies were also evaluated against maximum ground motion. In addition, the site soil properties were derived based on correlation analysis of the recorded data and then correlated with those from the geotechnical investigation data.
내진구조는 건축규준에 의하여 강제성을 띤 이후 많은 발전을 하였으나 아직도 완전하게 이해되지는 않고 있다. 본 논문은 실제로 발생하였던 두 지진의 지반운동을 10층의 철골조에 적용시켜 얻은 결과를 비교하였다. 1989년 California의 Loma Prieta에서 발생한 규모 7.1의 지진기록 12세트와 1985년 Chile의 Valparaiso에서 발생한 규모 7.8의 지진기록 9세트를 UBC의 지진지역 2B에 알맞게 조절하였다. 비슷한 규모를 가진 두 지진의 지반변위를 건물에 직접 적용시켜서 비교한 결과 그 지속시간이 긴 Chile지진이 상대적으로 지속시간이 짧은 California지진보다 약 2배 정도 큰 영향을 건물에 미치는 것이 발견되었다. 내진구조의 설계에 있어서 최대지반운동과 더불어 지반운동의 지속시간도 매우 중요하게 고려되어야 할 사항이다.
In low to moderate seismic regions, there are limited earthquake ground motion data recorded from past earthquakes. In this regard, the Gyeongju earthquake (M=5.8)occurred on September 12, 2016 produces valuable information on ground motions. Ground motions were recorded at various recording stations located widely in Korean peninsula. Without actual recoded ground motions, it is impossible to make a ground motion prediction model. In this study, a point source model is constructed to accurately simulate ground motions recorded at different stations located on different soil conditions during the Gyeongju earthquake. Using the model, ground motions are generated at all grid locations of Korean peninsula. Each grid size has $0.1^{\circ}(latitude){\times}0.1^{\circ}(longitude)$. Then a contour hazard map is constructed using the peak ground acceleration of the simulated ground motions.
국내에서 내진설계의 중요성이 점차적으로 부각되고 있으며 이에 따라 설계 시 동적 지진해석의 수행빈도가 높아지고 있다. 동적 지진해석을 수행하기 위한 가장 중요한 입력변수 중 한가지는 입력지진파이다. 그러나 현재 국내에서는 지진학적 검토 없이 미국, 일본 등에서 계측된 강진 기록을 입력지진파로 사용하거나 주파수영역에서 생성된 인공지진파를 사용하고 있다. 국외 계측 지진기록은 지진 규모에 따라 변화하는 지속시간과 에너지를 고려할 수 없어서 국내 지진환경에는 적합하지 않으며, 주파수 영역에서 생성되는 설계응답스펙트럼에 맞춤형 인공지진파는 실제 지진기록과 주파수 특성이 상이한 문제가 있다. 본 연구에서는 이와 같은 입력지진파의 문제점을 극복하기 위하여 시간영역에서 수행되는 응답스펙트럼 맞춤형 인공지진파 알고리즘을 적용하여 입력 지진파를 생성하였다. 생성된 지진파는 계측 지진기록의 고유한 성질인 Non-stationary 특성을 보존하며 동시에 설계 응답스펙트럼과 거의 완벽한 일치성을 보이는 것으로 나타났다.
The Pohang earthquake with a magnitude of 5.4 occurred on November 15, 2018. The epicenter of this earthquake located in south-east region of the Korean peninsula. Since instrumental recording for earthquake ground motions started in Korea, this earthquake caused the largest economic and life losses among past earthquakes. Korea is located in low-to moderate seismic region, so that strong motion records are very limited. Therefore, ground motions recorded during the Pohang earthquake could have valuable geological and seismological information, which are important inputs for seismic design. In this study, ground motions associated by the 2018 Pohang earthquake are generated using the point source model considering domestic geological parameters (magnitude, hypocentral distance, distance-frequency dependent decay parameter, stress drop) and site amplification calculated from ground motion data at each stations. A contour map for peak ground acceleration is constructed for ground motions generated by the Pohang earthquake using the proposed model.
The damage to structures during an earthquake can be varied depending on the frequency characteristics of seismic waves and the geological properties of the ground. Therefore, considering such attributes in the design ground motions is crucial. The Korean seismic design standard (KDS 17 10 00) provides design response spectra for various ground classifications. If required for time-domain analysis, ground motion time series can be either selected and adjusted from motions recorded at rock sites in intraplate regions or artificially synthesized. Ground motion time series at soil sites should be obtained from site response analysis. However, in practice, selecting suitable ground motion records is challenging due to the overall lack of large earthquakes in intraplate regions, and artificially synthesized time series often leads to unrealistic responses of structures. As an alternative approach, this study provides a case study of generating ground motion time series based on the hybrid broadband ground motion simulation of selected scenario earthquakes at sites in the Nakdonggang delta region. This research is significant as it provides a novel method for generating ground motion time series that can be used in seismic design and response analysis. For large-magnitude earthquake scenarios close to the epicenter, the simulated response spectra surpassed the 1000-year design response spectra in some specific frequency ranges. Subsequently, the acceleration time series at each location were used as input motions to perform nonlinear 1D site response analysis through the PySeismoSoil Package to account for the site response characteristics at each location. The results of the study revealed a tendency to amplify ground motion in the mid to long-period range in most places within the study area. Additionally, significant amplification in the short-period range was observed in some locations characterized by a thin soil layer and relatively high shear wave velocity soil near the upper bedrock.
According to several seismic design standards, a ground motion time history should be selected similar to the design response spectrum, or a ground motion time history should be modified by matching procedure to the design response spectrum through the time-domain method. For the response spectrum matching procedure, appropriate seed ground motions need to be selected to maintain recorded earthquake accelerogram characteristics. However, there are no specific criteria for selecting the seed ground motions for applying this methodology. In this study, the characteristics of ground motion time histories between seed motions and spectral matched motions were compared. Intensity measures used in the design were compared, and their change by spectral matching procedure was quantified. In addition, the seed ground motion sets were determined according to the response spectrum shape, and these sets analyzed the response of nonlinear and equivalent linear single degrees of freedom systems to present the seed motion selection conditions for spectral matching. As a result, several considerations for applying the time domain spectral matching method were presented.
The 2017 Pohang earthquake afflicted more significant economic losses than the 2016 Gyeongju earthquake, even if these earthquakes had a similar moment magnitude. This phenomenon could be due to local site conditions that amplify ground motions. Local site effects could be estimated from methods using the horizontal-to-vertical spectral ratio, standard spectral ratio, and the generalized inversion technique. Since the generalized inversion method could estimate the site effect effectively, this study modeled the site effects in the Korean peninsula using the generalized inversion technique and the Fourier amplitude spectrum of ground motions. To validate the method, the site effects estimated for seismic stations were tested using recorded ground motions, and a ground motion prediction equation was developed without considering site effects.
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