The Performance-based Earthquake Engineering (PBEE) concept implies the definition of multiple target performance levels of damage which are expected to be achieved (or not exceeded), when the structure is subjected to earthquake ground motion of specified intensity. These levels are associates to different return period (RP) of earthquakes and structural behaviors quantified with adopted factors or indexes of control. In this work an 8-level PBEE study is carried out, finding different curves for control index or Engineering Demand Parameters (EDP) of levels that assess the structural behavior. The results and the curves for each index of control allow to deduce the structural behavior at an a priori unspecified RP. A general methodology is proposed that takes into account a possible optimization process in the PBEE field. Finally, an application to 8-level seismic performance assessment to structure in a Spanish seismic zone permits deducing that its behavior is deficient for high seismic levels (RP > 475 years). The application of the methodology to a low-to-moderate seismic zone case proves to be a good tool of structural seismic design, applying a more sophisticated although simple PBEE formulation.
Air Traffic Control (ATC) towers play significant role in the functionality of each airport. In spite of having complex dynamic behavior and major role in mitigating post-earthquake problems, less attention has been paid to the seismic performance of these structures. Herein, seismic response of an existing ATC tower with a wall-frame structural system that has been designed and detailed according to a local building code was evaluated through the framework of performance-based seismic design. Results of this study indicated that the linear static and dynamic analyses used for the design of this tower were incapable of providing a safety margin for the required seismic performance levels especially when the tower was subjected to strong ground motions. It was concluded that, for seismic design of ATC towers practice engineers should refer to a more sophisticated seismic design approach (e.g., performance-based seismic design) which accounts for inelastic behavior of structural components in order to comply with the higher seismic performance objectives of ATC towers.
The primary objective of the current study is to optimize and evaluate the seismic performance of steel momentresisting frame (MRF) structures considering soil-structure interaction (SSI) effects. The structural optimization is implemented in the context of performance-based design in accordance with FEMA-350 at different confidence levels from 50% to 90% by taking into account fixed- and flexible-base conditions using an efficient metaheuristic algorithm. Nonlinear response-history analysis (NRHA) is conducted to evaluate the seismic response of structures, and the beam-on-nonlinear Winkler foundation (BNWF) model is used to simulate the soil-foundation interaction under the MRFs. The seismic performance of optimally designed fixed- and flexible-base steel MRFs are compared in terms of overall damage index, seismic collapse safety, and interstory drift ratios at different performance levels. Two illustrative examples of 6- and 12-story steel MRFs are presented. The results show that the consideration of SSI in the optimization process of 6- and 12-story steel MRFs results in an increase of 1.0 to 9.0 % and 0.5 to 5.0 % in structural weight and a slight decrease in structural seismic safety at different confidence levels.
Isik, Ercan;Karasin, ibrahim Baran;Karasin, Abdulhalim
Structural Engineering and Mechanics
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v.84
no.1
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pp.85-100
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2022
The updated Turkish Building Earthquake Code has been significantly renovated and expanded compared to previous seismic design codes. The use of earthquake ground motion levels with different probabilities of exceedance is one of the major advances in structural mechanics with the current code. This study aims to investigate the earthquake performance of steel structure in settlements with different seismic hazards for various earthquake ground motion levels. It is focused on earthquake and structural parameters for four different ground motion levels with different probabilities of exceedance calculated according to the location of the structure by the updated Turkish Hazard Map. For this purpose, each of the seven different geographical regions of Turkey which has the same seismic zone in the previous earthquake hazard map has been considered. Earthquake parameters, horizontal design elastic spectra obtained and comparisons were made for all different ground motion levels for the seven different locations, respectively. Structural analyzes for a sample steel structure were carried out using pushover analysis by using the obtained design spectra. It has been determined that the different ground motion levels significantly affect the expected target displacements of the structure for performance criteria. It is noted that the different locations of the same earthquake zone in the previous code with the same earthquake-building parameters show significant variations due to the micro zoning properties of the updated seismic design code. In addition, the main innovations of the updated code were discussed.
Probabilistic seismic hazard analysis (PSHA) is routinely conducted in the US for nuclear plants, for the determination of appropriate seismic design levels. These analyses incorporate uncertainties in earthquake characteristics in stable continental regions (where direct observations of large earthquakes are rare), in estimates of rock motions, in site effects on strong shaking, and in the damage potential of seismic shaking for engineered facilities. Performance goals related to the inelastic deformation of individual components, and related to overall seismic core damage frequency, are used to determine design levels. PSHA has the ability to quantify and document the important uncertainties that affect seismic design levels, and future work can be guided toward reducing those uncertainties.
Reinforced concrete bearing walls (RCBWs) are one of the most applicable structural systems. Therefore, vulnerability analysis and rehabilitation of the RCBW system are of great importance. In the present study, in order to the more precise investigation of the performance of this structural resistant system, pushover and nonlinear time history analyses based on several assumptions drawing upon experimental research were performed on several models with different stories. To validate the nonlinear analysis method, the analytical and experimental results are compared. Vulnerability evaluation was carried out on two seismic hazard levels and three performance levels. Eventually, the need for seismic rehabilitation with the basic safety objective (BSO) was investigated. The obtained results showed that the studied structures satisfied the BSO of the seismic rehabilitation guidelines. Consequently, according to the results of analyses and the desired performance, this structural system, despite its high structural weight and rigid connections and low flexibility, has integrated performance, and it can be a good option for earthquake-resistant constructions.
Seismic vulnerability assessment is a useful tool for rational safety analysis and planning of large and complex structural systems; it can deal with the effects of uncertainties on the performance of significant structural systems. In this study, an efficient dynamic reliability approach, probability density evolution methodology (PDEM), is proposed for seismic vulnerability analysis of earth dams. The PDEM provides the failure probability of different limit states for various levels of ground motion intensity as well as the mean value, standard deviation and probability density function of the performance metric of the earth dam. Combining the seismic reliability with three different performance levels related to the displacement of the earth dam, the seismic fragility curves are constructed without them being limited to a specific functional form. Furthermore, considering the seismic fragility analysis is a significant procedure in the seismic probabilistic risk assessment of structures, the seismic vulnerability results obtained by the dynamic reliability approach are combined with the results of probabilistic seismic hazard and seismic loss analysis to present and address the PDEM-based seismic probabilistic risk assessment framework by a simulated case study of an earth dam.
In this study, seismic performance of one story hinged precast buildings, which represents the majority of existing lightweight industrial building stock of Turkey, was assessed. A lot of precast buildings, constructed in one of the important seismic zones of western Turkey, were investigated and building inventories were prepared. By this method, structural properties of inventory buildings and damaged precast buildings in recent earthquakes were compared. Damage estimations based on nonlinear analysis methods have shown that estimated damage levels of inventory buildings and observed damage levels in recent earthquakes are similar. Accuracy of damage estimation study and the simplicity of the one story precast building models implied that rapid seismic performance assessment method for these buildings can be developed. In this assessment method, capacity curves and vibration periods of precast buildings were calculated by using structural properties of precast buildings. The proposed assessment method was applied to inventory buildings by using two different seismic demand scenarios which reflect moderate and soft soil conditions. Comparison of detailed analysis and rapid assessment methods have indicated that reliable seismic performance estimations can be performed by using proposed method. It is also observed that distribution of damage estimations is compatible in both scenarios.
In this paper, probabilistic seismic performance assessment of a typical non-seismic RC frame building representative of a large inventory of existing buildings in developing countries is conducted. Nonlinear time-history analyses of the sample building are performed with 20 large-magnitude medium distance ground motions scaled to different levels of intensity represented by peak ground acceleration and 5% damped elastic spectral acceleration at the first mode period of the building. The hysteretic model used in the analyses accommodates stiffness degradation, ductility-based strength decay, hysteretic energy-based strength decay and pinching due to gap opening and closing. The maximum inter story drift ratios obtained from the time-history analyses are plotted against the ground motion intensities. A method is defined for obtaining the yielding and collapse capacity of the analyzed structure using these curves. The fragility curves for yielding and collapse damage levels are developed by statistically interpreting the results of the time-history analyses. Hazard-survival curves are generated by changing the horizontal axis of the fragility curves from ground motion intensities to their annual probability of exceedance using the log-log linear ground motion hazard model. The results express at a glance the probabilities of yielding and collapse against various levels of ground motion intensities.
In this paper, the incremental nonlinear dynamic analysis is used to evaluate the seismic performance of steel moment frame structures. To this purpose, three special moment frame structure with 5, 10 and 15 stories are designed according to the Iran's national building code for steel structures and the provisions for design of earthquake resistant buildings (2800 code). Incremental Nonlinear Analysis (IDA) is performed for 15 different ground motions, and responses of the structures are evaluated. For the immediate occupancy and the collapse prevention performance levels, the probability that seismic demand exceeds the seismic capacity of the structures is computed based on FEMA350. Also, fragility curves are plotted for three high-code damage levels using HASUS provisions. Based on the obtained results, it is evident that increase in the height of the frame structures reduces the reliability level. In addition, it is concluded that for the design earthquake the probability of exceeding average collapse prevention level is considerably larger than high and full collapse prevention levels.9.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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