This paper presents the results of an assessment of the seismic fragility of a long, curved multi-frame bridge under multi-support earthquake excitations. To achieve this aim, the numerical model of columns retrofitted with elliptical steel jackets was developed and validated using existing experimental results. A detailed nonlinear numerical model of the bridge that can capture the inelastic response of various components was then created. Using nonlinear time-history analyses for a set of stochastically generated spatially variable ground motions, component demands were derived and then convolved with new capacity-based limit state models to obtain seismic fragility curves. The comparison of failure probabilities obtained from uniform and multi-support excitation analyses revealed that the consideration of spatial variability significantly reduced the median value of fragility curves for most components except for the abutments. This observation indicates that the assumption of uniform motions may considerably underestimate seismic demands. Moreover, the spatial correlation of ground motions resulted in reduced dispersion of demand models that consequently decreased the dispersion of fragility curves for all components. Therefore, the spatial variability of ground motions needs to be considered for reliable assessment of the seismic performance of long multi-frame bridge structures.
This paper deals with wind fragility and risk analysis of high rise buildings subjected to stochastic wind load. Conventionally, such problems are dealt in full Monte Carlo Simulation framework, which requires extensive computational time. Thus, to make the procedure computationally efficient, application of metamodelling technique in fragility analysis is explored in the present study. Since, accuracy by the conventional Least Squares Method (LSM) based metamodelling is often challenged, an efficient Moving Least Squares Method based adaptive metamodelling technique is proposed for wind fragility analysis. In doing so, artificial time history of wind load is generated by three wind field models: i.e., a simple one based on alongwind component of wind speed; a more detailed one considering coherence and wind directionality effect, and a third one considering nonstationary effect of mean wind. The results show that the proposed approach is more accurate than the conventional LSM based metamodelling approach when compared to full simulation approach as reference. At the same time, the proposed approach drastically reduces computational time in comparison to the full simulation approach. The results by the three wind field models are compared. The importance of non-linear structural analysis in fragility evaluation has been also demonstrated.
To achieve this goal, two four-span concrete box-girder bridges with typical configurations of California highway bridges are selected as representative bridges: an integral abutment bridge and a seat-type abutment bridge. A detailed numerical model of the representative bridges is created in OpenSees to perform dynamic analyses. To examine the effect of earthquake incidence angle on the fragility of skewed bridges, the representative bridge models are modified with different skew angles. Dynamic analyses for all bridge models are performed for all earthquake incidence angles examined. Simulated results are used to develop demand models and component and system fragility curves for the skewed bridges. The fragility characteristics are compared with regard to earthquake incidence angle. The results suggest that the earthquake incidence angle more significantly affects the seismic demand and fragilities of the integral abutment bridge than the skewed abutment bridge. Finally, a recommendation to account for the randomness due to the ground motion directionality in the fragility assessment is made in the absence of the predetermined earthquake incidence angle.
Bingöl, a city in eastern Türkiye, is located at a very close distance to the Karlıova Region which is a junction point of the North Anatolian Fault Zone and Eastern Anatolian Fault Zone. By bilateral step over of North Anatolian Fault Zone and Eastern Anatolian Fault Zone each other there occurred NorthWest-SouthEast extended right-lateral and NorthEast-SouthWest extended left-lateral fault zones. In this paper, a typical school building located in Bingöl Çeltiksuyu was selected as the case study. Information on the school building and Bingöl Earthquake (2003) have been given in the paper. This study aimed to determine the fragility curves of the school building according to HAZUS 2022, Turkish Seismic Codes 1998, 2007 and 2018. These codes have been introduced in terms of damage limits. Incremental dynamic analysis is a parametric analysis method that has recently emerged in several different forms to estimate more thoroughly structural performance under seismic loads. Fragility analysis is commonly using to estimate the damage probability of buildings. Incremental Dynamic Analysis have performed, and 1295 Incremental Dynamic Analysis output was evaluated to obtain fragility curves. 20 different ground motion records have been selected with magnitudes between 5.6M and 7.6M. Scaling factors of these ground motions were selected between 0.1g and 2g. Comparison has been made between HAZUS 2022 and Turkish Seismic Codes 1998, 2007 and 2018 in terms of damage states and how they affected fragility curves. TSC 1998 has more conservative strictions along with TSC 2018 than TSC2007 and HAZUS moderate and extensive damage limits.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.15
no.4
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pp.1-12
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2011
Seismic fragility analysis has been developed to evaluate the seismic performance of existing nuclear power plants, but now its applicability has been extended to buildings and bridges. In general, the seismic fragility curves are evaluated from the nonlinear time-history analysis (THA) using many earthquake ground motions. Seismic fragility analysis using the nonlinear THA requires a time consuming process of structural modeling and analysis. To overcome this shortcoming of the nonlinear THA, simplified methods such as the displacement coefficient method (DCM) and the capacity spectrum method (CSM) are used for the seismic fragility analysis. In order to evaluate the accuracy of the seismic fragility curve calculated by the DCM and the CSM, the seismic fragility curves of a reinforced concrete shear wall structure calculated by the DCM and CSM are compared with those calculated by the nonlinear THA. In order to construct a numerical fragility curve, 190 artificially generated ground motions corresponding to the design spectrum and the methodology proposed by Shinozuka et al. are used.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.17
no.9
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pp.724-731
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2016
As the structural damage caused by earthquakes has been gradually increasing, estimating the seismic fragility of structures has become essential for earthquake preparation. Seismic fragility curves are widely used as a probabilistic indicator of structural safety against earthquakes, and many researchers have made efforts to develop them in a more accurate and effective manner. However, most of the previous research studies used simplified 2D analytical models when deriving fragility curves, mainly to reduce the numerical simulation time; however, in many cases 2D models are inadequate to accurately evaluate the seismic behavior of a structure and its seismic vulnerability. Thus, this study provides a way to derive more accurate, but still effective, seismic fragility curves by using 3D analytical models. In this method, the reliability analysis software, FERUM, is integrated with the structural analysis software, ZEUS-NL, enabling the automatic exchange of data between these two software packages, and the first order reliability method (FORM), which is not a sampling-based method, is utilized to calculate the structural failure probabilities. These tools make it possible to conduct structural reliability analyses effectively even with 3D models. By using the proposed method, this study conducted a seismic vulnerability assessment of RC frame structures with their 3D analytical models.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.33
no.2
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pp.129-136
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2020
In this study, we develop a sampling-based seismic probabilistic risk assessment (SPRA) quantification technique that can accurately consider a partially dependent condition of component seismic fragility information. Specifically, the SPRA quantification method is proposed by combining the advantages of two representative methodologies: EPRI seismic fragility and JAERI seismic fragility input-based quantification. The most important feature of the proposed method is that it performs a SPRA using a sampling technique by transforming the EPRI seismic fragility input into JAERI seismic fragility input. When the proposed sampling-based approach was applied to an example of simple system and to a SPRA problem of a nuclear power plant, it was observed that the proposed method yields approximately similar system seismic fragility and seismic risk results as those of the exact solution. Therefore, it is believed that the approach proposed in this study can be used as a useful tool for accurately assessing seismic risks, considering the partial seismic dependence among the components; the existing SPRA method cannot handle such partial dependencies.
Quantitative estimation of seismic response of various structural systems at the collapse limit state is one of the most significant objectives in Performance-Based Earthquake Engineering (PBEE). Assessing the effects of uncertainties, due to variability in ground motion characteristics and random nature of earthquakes, on nonlinear structural response is a pivotal issue regarding collapse safety prediction. Incremental Dynamic Analysis (IDA) and fragility curves are utilized to estimate demand parameters and seismic performance levels of structures. Since producing these curves based on a large number of nonlinear dynamic analyses would be time-consuming, selection of appropriate earthquake ground motion records resulting in reliable responses with sufficient accuracy seems to be quite essential. The aim of this research study is to propose a methodology to assess the seismic behavior of reinforced concrete frames at collapse limit state via accurate estimation of seismic fragility curves for different Engineering Demand Parameters (EDPs) by using a limited number of ground motion records. Research results demonstrate that accurate estimating of structural collapse capacity is feasible through applying the proposed method offering an appropriate suite of limited ground motion records.
The collapse of civil infrastructure due to natural disasters results in financial losses and many casualties. In particular, the recent increase in earthquake activities has highlighted on the importance of assessing the seismic performance and predicting the seismic risk of a structure. However, the nonlinear behavior of a structure and the uncertainty in ground motion complicate the accurate seismic response prediction of a structure. Artificial intelligence can overcome these limitations to reasonably predict the nonlinear behavior of structures. In this study, a deep learning-based algorithm was developed to estimate the time-history seismic response of bridge structures. The proposed deep neural network was trained using structural and ground motion parameters. The performance of the seismic response prediction algorithm showed the similar phase and magnitude to those of the time-history analysis in a single-degree-of-freedom system that exhibits nonlinear behavior as a main structural element. Then, the proposed algorithm was expanded to predict the seismic response and fragility prediction of a bridge system. The proposed deep neural network reasonably predicted the nonlinear seismic behavior of piers and bearings for approximately 93% and 87% of the test dataset, respectively. The results of the study also demonstrated that the proposed algorithm can be utilized to assess the seismic fragility of bridge components and system.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.27
no.2
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pp.91-99
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2023
Structural vibration induced by earthquake hazards is one of the most significant concerns in structure performance-based design. Structural hazards evoked from seismic events must be properly identified to make buildings resilient enough to withstand extreme earthquake loadings. To investigate the effects of combined earthquake-resistant systems, shear walls and five types of dampers are incorporated in nineteen structural models by altering their arrangements. All the building models were developed as per ACI 318-14 and ASCE 7-16. Seismic fragility curves were developed from the incremental dynamic analyses (IDA) performed by using seven sets of ground motions, and eventually, by following FEMA P695 provisions, the collapse margin ratio (CMR) was computed from the collapse curves. It is evident from the results that the seismic performance of the proposed combined shear wall-damper system is significantly better than the models equipped with shear walls only. The scrutinized dual seismic resisting system is expected to be applied practically to ensure a multi-level shield for tall structures in high seismic risk zones.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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