Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.11
no.3
s.55
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pp.11-21
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2007
Potential damage and losses associated with structural systems caused by earthquake can be reduced by application of seismic design to the structures. Because the building cost required for seismic design is generally higher than the cost for non-seismic design, the application of seismic design must be justified considering both seismic performance and cost. This paper presents a risk-based fiamework for evaluation and comparison of seismic performance of structures such that necessary data can be supplied for decision making on seismic design. Seismic fragility curve is utilized for seismic risk assessment of structures, and the process for decision analysis on adaptation of seismic design is presented based on the equivalent cost model.
Farsangi, E. Noroozinejad;Yang, T.Y.;Tasnimi, A.A.
Structural Engineering and Mechanics
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v.59
no.4
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pp.653-669
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2016
Recent earthquakes worldwide show that a significant portion of the earthquake shaking happens in the vertical direction. This phenomenon has raised significant interests to consider the vertical ground motion during the seismic design and assessment of the structures. Strong vertical ground motions can alter the axial forces in the columns, which might affect the shear capacity of reinforced concrete (RC) members. This is particularly important for non-ductile RC frames, which are very vulnerable to earthquake-induced collapse. This paper presents the detailed nonlinear dynamic analysis to quantify the collapse risk of non-ductile RC frame structures with varying heights. An array of non-ductile RC frame architype buildings located in Los Angeles, California were designed according to the 1967 uniform building code. The seismic responses of the architype buildings subjected to concurrent horizontal and vertical ground motions were analyzed. A comprehensive array of ground motions was selected from the PEER NGA-WEST2 and Iran Strong Motions Network database. Detailed nonlinear dynamic analyses were performed to quantify the collapse fragility curves and collapse margin ratios (CMRs) of the architype buildings. The results show that the vertical ground motions have significant impact on both the local and global responses of non-ductile RC moment frames. Hence, it is crucial to include the combined vertical and horizontal shaking during the seismic design and assessment of non-ductile RC moment frames.
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.
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.
The paper presents a methodology for developing earthquake damage and loss scenarios for urban areas, as well as its application to two cities located in Mediterranean countries, Grevena (in Greece) and D$\ddot{u}$zce (in Turkey), that were struck by strong earthquakes in the recent past. After compiling the building inventory in each city, fragility curves were derived using a hybrid approach previously developed by the authors, and a series of seismic scenarios were derived based on microzonation studies that were specifically conducted for each city (see companion paper by Pitilakis et al.). The results obtained in terms of damage estimates, required restoration times and the associated costs are presented in a GIS environment. It is deemed that both the results obtained, and the overall methodology and tools developed, contribute towards the enhancement of seismic safety in the Mediterranean area (as well as other earthquake-prone regions), while they constitute a useful pre-earthquake decision-making tool for local authorities.
This study is an effort to clearly recognize the seismic damages occurred in strap-braced cold formed steel frames. In order to serve this purpose, a detailed investigation was conducted on 9 full scale strap-braced CFS walls and the required data were derived from the results of the experiments. As a consequence, quantitative and qualitative damage indices have been proposed in three seismic performance levels. Moreover, in order to assess seismic performance of the strap-braced CFS frames, a total of 8 models categorized into three types are utilized. Based on the experimental results, structural characteristics are calculated and all frames have been modeled as single degree of freedom systems. Incremental dynamic analysis using OPENSEES software is utilized to calculate seismic demand of the strap-braced CFS walls. Finally, fragility curves are calculated based on three damage limit states proposed by this paper. The results showed that the use of cladding and other elements, which contribute positively to the lateral stiffness and strength, increase the efficiency of strap-braced CFS walls in seismic events.
Observations from past strong earthquakes revealed that near-fault ground motions could lead to the failure, or even collapse of electricity transmission towers which are vital components of an overhead electric power delivery system. For assessing the performance and robustness, a high-fidelity three-dimension finite element model of a long span transmission tower-line system is established with the consideration of geometric nonlinearity and material nonlinearity. In the numerical model, the Tian-Ma-Qu material model is utilized to capture the nonlinear behaviours of structural members, and the cumulative damage D is defined as an index to identify the failure of members. Consequently, incremental dynamic analyses (IDAs) are conducted to study the collapse fragility, damage positions, collapse margin ratio (CMR) and dynamic robustness of the transmission towers by using twenty near-fault ground motions selected from PEER. Based on the bending and shear deformation of structures, the collapse mechanism of electricity transmission towers subjected to Chi-Chi earthquake is investigated. This research can serve as a reference for the performance of large span transmission tower line system subjected to near-fault ground motions.
This paper introduces a novel, rigorous, and efficient probabilistic methodology for the performance-based optimal design (PBOD) of semi-active tuned mass damper (SATMD) for seismically excited nonlinear structures. The proposed methodology is consistent with the modern performance-based earthquake engineering framework and aims to design reliable control systems. To this end, an optimization problem has been defined which considers the parameters of control systems as design variables and minimization of the probability of exceeding a targeted structural performance level during the lifetime as an objective function with a constraint on the failure probability of stroke length damage state associated with mass damper mechanism. The effectiveness of the proposed methodology is illustrated through a numerical example of performance analysis of an eight-story nonlinear shear building frame with hysteretic bilinear behavior. The SATMD with variable stiffness and damping have been designed separately with different mass ratios. Their performance has been compared with that of uncontrolled structure and the structure controlled with passive TMD in terms of probabilistic demand curves, response hazard curves, fragility curves, and exceedance probability of performance levels during the lifetime. Numerical results show the effectiveness, simplicity, and reliability of the proposed PBOD method in designing SATMD with variable stiffness and damping for the nonlinear frames where they have reduced the exceedance probability of the structure up to 49% and 44%, respectively.
Taiyari, Farshad;Mazzolani, Federico M.;Bagheri, Saman
Steel and Composite Structures
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v.33
no.4
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pp.525-535
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2019
The seismic performance of steel frames equipped with a particular type of bending dissipative braces (BDBs) having U elements, which has recently been introduced and tested by the authors, is investigated. For this purpose, two structural systems, i.e., simple and dual steel building frames, both with diagonal BDBs and different number of stories, are considered. After providing a design method of this new BDB, the detailed structural models are developed in the OpenSees platform to perform nonlinear dynamic analyses. Seismic performance factors like ductility, overstrength, response modification and deflection amplification factors are calculated using incremental dynamic analysis (IDA). In addition, to assess the damage probability of the structural models, their seismic fragilities are developed. The results show high energy dissipation capacity of both structural systems while the number of U elements needed for the bracing system of each story in the moment frames are less than those in the corresponding non-moment (simple) frames. The average response modification and deflection amplification factors for both structural schemes are obtained about 8.6 and 5.4, respectively, which are slightly larger than the corresponding recommended values of ASCE for the typical buckling-restrained braces (BRBs).
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.16
no.3
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pp.321-331
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2003
Seismic fragility analysis (SFA) has been utilized to evaluate the actual seismic capacity of structure and equipment in nuclear power plants (NPP). This paper briefly introduces an improved method for evaluating seismic fragilities of components of NPP's in Korea. Engineering characteristics of small magnitude earthquake spectra recorded in the Korean peninsula during the last several years are also discussed in this paper. Some significant differences between the Newmark's spectra and the recorded spectra as a site-dependent spectra are assessed. Several comparative SFA's have been performed to evaluate the effects of the recorded earthquakes on the seismic capacities of Korean NPP structures. The results showed that SFA using the Newmark's spectra might over estimate the actual seismic capacities of Korean facilities.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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