Yilmaz, Mehmet F.;Caglayan, Barlas O.;Ozakgul, Kadir
Earthquakes and Structures
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v.17
no.1
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pp.91-99
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2019
Fragility analysis is an effective tool that is frequently used for seismic risk assessment of bridges. There are three different approaches to derive a fragility curve: experimental, empirical and analytical. Both experimental and empirical methods to derive fragility curve are based on past earthquake reports and expert opinions which are not suitable for all bridges. Therefore, analytical fragility analysis becomes important. Nonlinear time history analysis is commonly used which is the most reliable method for determining probabilistic demand models. In this study, to determine the probabilistic demand models of bridges, time history analyses were performed considering both material and geometrical nonlinearities. Serviceability limit states for three different service velocities were considered as a performance goal. Also, support displacements, component yielding and collapse limits were taken into account. Both serviceability and component fragility were derived by using maximum likely hood methods. Finally, the seismic performance and critical members of the bridge were probabilistically determined and clearly presented.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2000.04a
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pp.226-232
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2000
Seismic probabilistic risk assessment(RA) rather than deterministic assessment provides more valuable information and insight for resolving seismic safety issues in nuclear power plant design. In the course of seismic PRA seismic fragility analysis is the most significant and essential phase especially for structural or mechanical engineers. Lately the seismic fragility analysis is taken as a useful tool in general structural engineering as well. A systemized and synthesized procedure or technology related to seismic fragility analysis of critical industrial facilities reflecting the unique experiences and database in Korea is urgently required. This paper gives a state-of-the-art reviews of PRA and briefly summarizes the technologies related to PRA and seismic fragility analysis before developing an unique technology considering characteristics of Korean database. Some key items to be resolved theoretically or technically are extracted and presented for the future research.
Bridges are lifeline and integral components of transportation system that are susceptible to seismic actions, their vulnerability assessment is essential for seismic risk assessment and mitigation. The vulnerability assessment of bridges common in Pakistan is very important as it is seismically very active region and the available code for the seismic design of bridges is obsolete. This research presents seismic vulnerability assessment of three real case simply supported multi-span reinforced concrete bridges commonly found in northern Pakistan, having one, two and three bents with circular piers. The vulnerability assessment is carried through the non-linear dynamic time history analyses for the derivation of fragility curves. Finite element based numerical models of the bridges were developed in MIDAS CIVIL (2015) and analyzed through with non-linear dynamic and incremental dynamic analyses, using a suite of bridge-specific natural spectrum compatible ground motion records. Seismic responses of shear key, bearing pad, expansion joint and pier components of each bridges were recorded during analysis and retrieved for performance based analysis. Fragility curves were developed for the bearing pads, shear key, expansion joint and pier of the bridges that first reach ultimate limit state. Dynamic analysis and the derived fragility curves show that ultimate limit state of bearing pads, shear keys and expansion joints of the bridges exceed first, followed by the piers ultimate limit state for all the three bridges. Mean collapse capacities computed for all the components indicated that bearing pads, expansion joints, and shear keys exceed the ultimate limit state at lowest seismic intensities.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.24
no.6
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pp.293-303
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2020
Seismic fragility was assessed for non-seismic reinforced concrete shear walls in Korean high-rise apartment buildings in order to implement an earthquake damage prediction system. Seismic hazard was defined with an earthquake scenario, in which ground motion intensity was varied with respect to prescribed seismic center distances given an earthquake magnitude. Ground motion response spectra were computed using Korean ground motion attenuation equations to match accelerograms. Seismic fragility functions were developed using nonlinear static and dynamic analysis for comparison. Differences in seismic fragility between damage state criteria including inter-story drifts and the performance of individual structural members were investigated. The analyzed building had an exceptionally long period for the fundamental mode in the longitudinal direction and corresponding contribution of higher modes because of a prominently insufficient wall quantity in such direction. The results showed that nonlinear static analyses based on a single mode tend to underestimate structural damage. Moreover, detailed assessments of structural members are recommended for seismic fragility assessment of a relatively low performance level such as collapse prevention. On the other hand, inter-story drift is a more appropriate criterion for a relatively high performance level such as immediate occupancy.
There are continuous efforts to mitigate structural losses from earthquakes and manage risk through seismic risk assessment; seismic fragility curves are widely accepted as an essential tool of such efforts. Seismic fragility curves can be classified into four groups based on how they are derived: empirical, judgmental, analytical, and hybrid. Analytical fragility curves are the most widely used and can be further categorized into two subgroups, depending on whether an analytical function or simulation method is used. Although both methods have shown decent performances for many seismic fragility problems, they often oversimplify the given problems in reliability or structural analyses owing to their built-in assumptions. In this paper, a new method is proposed for the development of seismic fragility curves. Integration with sophisticated software packages for reliability analysis (FERUM) and structural analysis (ZEUS-NL) allows the new method to obtain more accurate seismic fragility curves for less computational cost. Because the proposed method performs reliability analysis using the first-order reliability method, it provides component probabilities as well as useful byproducts and allows further fragility analysis at the system level. The new method was applied to a numerical example of a 2D frame structure, and the results were compared with those by Monte Carlo simulation. The method was found to generate seismic fragility curves more accurately and efficiently. Also, the effect of system reliability analysis on the development of seismic fragility curves was investigated using the given numerical example and its necessity was discussed.
In this paper, an extended Cloud analysis method is developed for seismic fragility assessment of existing highway bridges in the southeast Queensland region. This method extends the original Cloud analysis dataset by performing scaled Cloud analyses. The original and scaled Cloud datasets are then paired to generate seismic fragility curves. The seismic hazard in this region is critically reviewed, and the ground motion records are selected for the time-history analysis based on various record selection criteria. A parametric highway bridge model is developed in the OpenSees analysis software, and a sampling technique is employed to quantify the uncertainties of highway bridges ubiquitous in this region. Technical recommendations are also given for the seismic performance evaluation of highway bridges in such low-to-moderate seismic zones. Finally, a probabilistic fragility study is conducted by performing a total of 8000 time-history analyses and representative bridge fragility curves are generated. It is illustrated that the seismic fragility curves generated by the proposed extended Cloud analysis method are in close agreement with those which are obtained by the rigorous incremental dynamic analysis method. Also, it reveals that more than 50% of highway bridges existing in southeast Queensland will be damaged subject to a peak ground acceleration of 0.14 g.
Eem, Seung Hyun;Jung, Hyung Jo;Kim, Min Kyu;Choi, In Kil
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.17
no.2
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pp.53-59
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2013
Several researches have been studied to enhance the seismic performance of nuclear power plants (NPPs) by application of seismic isolation. If a seismic base isolation system is applied to NPPs, seismic performance of nuclear power plants should be reevaluated considering the soil-structure interaction effect. The seismic fragility analysis method has been used as a quantitative seismic safety evaluation method for the NPP structures and equipment. In this study, the seismic performance of an isolated NPP is evaluated by seismic fragility curves considering the soil-structure interaction effect. The designed seismic isolation is introduced to a containment building of Shin-Kori NPP which is KSNP (Korean Standard Nuclear Power Plant), to improve its seismic performance. The seismic analysis is performed considering the soil-structure interaction effect by using the linearized model of seismic isolation with SASSI (System for Analysis of Soil-Structure Interaction) program. Finally, the seismic fragility is evaluated based on soil-isolation-structure interaction analysis results.
Seismic safety evaluation of weir structure is significant considering the catastrophic economical consequence of operational disruption. In recent years, the seismic probabilistic risk assessment (SPRA) has been issued as a key area of research for the hydraulic system to mitigate and manage the risk. The aim of this paper is to assess the seismic probabilistic risk of weir structures employing the seismic hazard and the structural fragility in Korea. At the first stage, probabilistic seismic hazard analysis (PSHA) approach is performed to extract the hazard curve at the weir site using the seismic and geological data. Thereafter, the seismic fragility that defines the probability of structural collapse is evaluated by using the incremental dynamic analysis (IDA) method in accordance with the four different design limit states as failure identification criteria. Consequently, by combining the seismic hazard and fragility results, the seismic risk curves are developed that contain helpful information for risk management of hydraulic structures. The tensile stress of the mass concrete is found to be more vulnerable than other design criteria. The hazard deaggregation illustrates that moderate size and far source earthquakes are the most likely scenario for the site. In addition, the annual loss curves for two different hazard source models corresponding to design limit states are extracted.
Seismic fragility analysis, a part of seismic probabilistic risk assessment (SPRA), is commonly used to establish the relationship between a representative property of earthquakes and the failure probability of a structure, component, or system. Current guidelines on the SPRA of nuclear power plants (NPPs) used worldwide mainly reflect the earthquake characteristics of the western United States. However, different earthquake characteristics may have a significant impact on the seismic fragility of a structure. Given the concern, this study aimed to investigate the effects of earthquake characteristics on the seismic fragility of concrete containments housing the OPR-1000 reactor. Earthquake time histories were created from 30 ground motions (including those of the 2016 Gyeongju earthquake) by spectral matching to the site-specific response spectrum of Hanbit nuclear power plants in South Korea. Fragility curves of the containment structure were determined under the linear response history analysis using a lumped-mass stick model and 30 ground motions, and were compared in terms of earthquake characteristics. The results showed that the median capacity and high confidence of low probability of failure (HCLPF) tended to highly depend on the sustained maximum acceleration (SMA), and increase when using the time histories which have lower SMA compared with the others.
This study provides fragility-based assessment of seismic performance of reinforced concrete bridges. Seismic fragility curves were created using nonlinear analysis (NA) and artificial neural networks (ANNs). Nonlinear response history analyses were performed, in order to calculate the seismic performances of the bridges. To this end, 306 bridge-earthquake cases were considered. A multi-layered perceptron (MLP) neural network was implemented to predict the seismic performances of the selected bridges. The MLP neural networks considered herein consist of an input layer with four input vectors; two hidden layers and an output vector. In order to train ANNs, 70% of the numerical results were selected, and the remained 30% were employed for testing the reliability and validation of ANNs. Several structures of MLP neural networks were examined in order to obtain suitable neural networks. After achieving the most proper structure of neural network, it was used for generating new data. A total number of 600 new bridge-earthquake cases were generated based on neural simulation. Finally, probabilistic seismic safety analyses were conducted. Herein, fragility curves were developed using numerical results, neural predictions and the combination of numerical and neural data. Results of this study revealed that ANNs are suitable tools for predicting seismic performances of RC bridges. It was also shown that yield stresses of the reinforcements is one of the important sources of uncertainty in fragility analysis of RC bridges.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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