Damages to buildings affected by a near-fault strong ground motion are largely attributed to the vertical component of the earthquake resulting in column failures, which could lead to disproportionate building catastrophic collapse in a progressive fashion. Recently, considerable interests are awakening to study effects of earthquake vertical components on structural responses. In this study, detailed modeling and time-history analyses of a 12-story code-conforming reinforced concrete moment frame building carrying the gravity loads, and exposed to once only the horizontal component of, and second time simultaneously the horizontal and vertical components of an ensemble of far-field and near-field earthquakes are conducted. Structural responses inclusive of tension, compression and its fluctuations in columns, the ratio of shear demand to capacity in columns and peak mid-span moment demand in beams are compared with and without the presence of the vertical component of earthquake records. The influences of the existence of earthquake vertical component in both exterior and interior spans are separately studied. Thereafter, the correlation between the increase of demands induced by the vertical component of the earthquake and the ratio of a set of earthquake record characteristic parameters is investigated. It is shown that uplift initiation and the magnitude of tensile forces developed in corner columns are relatively more critical. Presence of vertical component of earthquake leads to a drop in minimum compressive force and initiation of tension in columns. The magnitude of this reduction in the most critical case is recorded on average 84% under near-fault ground motions. Besides, the presence of earthquake vertical components increases the shear capacity required in columns, which is at most 31%. In the best case, a direct correlation of 95% between the increase of the maximum compressive force and the ratio of vertical to horizontal 'effective peak acceleration (EPA)' is observed.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2001.04a
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pp.190-195
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2001
In the present paper computational simulation of a concrete dam is performed to determine the effect of vertical ground motions on earthquake response of concrete dams. Cyclic and dynamic versions of the plastic-damage model proposed by Lee and Fenves are used to represent micro-crack development and crack opening/closing, which is important mechanism in nonlinear damage analysis of concrete structures subject to strong earthquake loading. The result shows that the vertical component of ground motion effects on final crack patterns and consequently, on displacement response.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1999.04a
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pp.151-158
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1999
The single layer latticed domes have various behaviors with each geometrical shape and scale, and they are affected by vertical component as well as horizontal component of the dynamic load. And they represent very different earthquake responses under each ground acceleration compared with another structural systems. Generally, all of the members of latticed domes undergo three dimensional deflections if they are subjected to arbitrary one dimensional horizontal load under earthquake motions. And their response characteristics are very different to their shapes, rise/span ratios, and damping mechanisms. In this study the .earthquake response behavior is verified according to the factor of each shape, rise/span ratio, ana damping ratio of latticed domes, which undergo horizontal and vertical earthquake motions by numerical approaches.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1998.10a
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pp.489-496
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1998
The single layer latticed domes have various behaviors with each geometrical shape and scale, and they are affected by vertical component as well as horizontal component of the dynamic load. And they represent ye different earthquake responses under each ground acceleration compared with another structural systems. Generally, all of the members of latticed domes undergo three dimensional deflections if they are subjected to arbitrary one dimensional horizontal load under earthquake motions. And their response characteristics are very different to their shapes, rise/span ratios, and damping mechanisms. In this study, the earthquake response behavior is verified according to the factor of each shape, rise/span ratio, and damping ratio of latticed domes, which undergo horizontal and vertical earthquake motions by numerical approaches.
The effects of the vertical component of a ground motion on the earthquake performances of semi-ductile high-rise R/C structures were investigated in the present study. Linear and non-linear time-history analyses were conducted on an existing in-service R/C building for the loading scenarios including and excluding the vertical component of the ground motion. The ratio of the vertical peak acceleration to the horizontal peak acceleration (V/H) of the ground motion was adopted as the main parameter of the study. Three different near-source earthquake records with varying V/H ratio were used in the analyses. The linear time-history analyses indicated that the incorporation of the vertical component of a ground motion into analyses greatly influences the vertical deflections of a structure and the overturning moments at its base. The lateral deflections, the angles of rotation and the base shear forces were influenced to a lesser extent. Considering the key indicators of vertical deflection and overturning moments determined from the linear time-history analysis, the non-linear analyses revealed that the changes in the forces and deformations of the structure with the inclusion of the vertical ground motion are resisted by the shear-walls. The performances and damage states of the beams were not affected by the vertical ground motion. The vertical ground motion component of earthquakes is markedly concluded to be considered for design and damage estimation of the vertical load-bearing elements of the shear-walls and columns.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.9
no.1
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pp.69-78
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2009
Recent earthquake, such as the Northridge(1994), the Kobe(1995) and the Izmit(1990) earthquakes, gave serious damage in various buildings and bridges by the vertical seismic component. Most of the seismic designs neglect the vertical seismic component for usual frame structures. The purpose of this study is to evaluate the effects of the vertical seismic component and to compare the axial force of columns and plastic rotation angle of the analytical models in these effects. The vertical seismic component produced a large increment of axial force in columns. And the vertical seismic component caused a significant increase of the damage in the columns. As analysis result, increase of axial force cause the damage of columns and give possibility of story collapse mechanism of the structure system. Therefore, area that near fault ground motion is expected may be consider the effect of vertical component of seismic ground motions.
The 2008 Iwate-Miyagi Nairiku earthquake ($M_w$ 6.9, $M_{jma}$ 7.2) occurred on 14 June 2008 in Japan. The amplification and asymmetric waveform of the vertical acceleration at the ground surface recorded by accelerometers at station IWTH25, situated 3 km from the source, were remarkable in two ways. First, the vertical acceleration was extremely large (PGA = 38.66 $m/s^2$ for the vertical component, PGA = 42.78 $m/s^2$ for the sum of the three components). Second, an unusual asymmetric waveform, which is too far above the zero acceleration axis, as well as large upward spikes were observed. Using a multidegree-of-freedom (MDF) system consisting of a one-dimensional continuum subjected to vertical acceleration recorded at a depth of 260 m below ground level, the present paper clarifies numerically that these singular phenomena in the surface vertical acceleration records occurred as a result of the jumping and collision of a layer in vertical motion. We herein propose a new mechanism for such jumping and collision of ground layers. The unexpected extensive landslides that occurred in the area around the epicenter are believed to have been produced by such jumping under the influence of vertical acceleration.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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1997.04a
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pp.88-93
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1997
Amplication factor spectrum has been obtained and compared with standard Response Spectrum using the observed strong ground motions database. The observed ground motions from the Miramichi, Nahanni, Saguenay and New Madrid Earthquake (vertical component 19. horizontal component 36). which are estimated to represent domestic seismotectonic characteristics such as seismic source, attenuation, and site effect, are used for the analysis of amplication factor spectrum. Amplication factor has been calculated using both observed peak values and results from responses to the observed horizontal and vertical ground motions. The comparison shows that the amplication factors resultant from this study exceeds those of Standard Response Spectrum at relatively higher frequencies. The results implie that the characteristics of the seismic strong ground motion which may represent the domestic seismotectonic characteristics differs from those of Standard Response Spectrum, which are resultant from the strong ground motions observed mainly at the westem United States.
Due to susceptibility of bridges in the past earthquakes, vulnerability assessment and strengthening of bridges has gained a particular significance. The objective of the present study is to employ an analytical method for the development of fragility curves, as well as to investigate the effect of strengthening on the RC box-girder bridges. Since fragility curves are used for pre-and post-earthquake planning, this paper has attempted to adopt the most reliable modeling assumptions in order to increase the reliability. Furthermore, to acknowledge the interaction of soil, abutment and pile, the effect of different strengthening methods, such as using steel jacketing and FRP layers, the effect of increase in the bridge pier diameter, and the effect of vertical component of earthquake on the vulnerability of bridges in this study, a three-span RC box-girder bridge was modeled in 9 different cases. Nonlinear dynamic analyses were carried out on the studied bridges subjected to 100 ground motion records via OpenSEES platform. Therefore, the fragility curves were plotted and compared in the four damage states. The results revealed that once the interaction of soil and abutment and the vertical component of the earthquake are accounted for in the calculations, the median fragility is reduced, implying that the bridge becomes more vulnerable. It was also confirmed that steel jackets and FRP layers are suitable methods for pier strengthening which reduces the vulnerability of the bridge.
Kim, Vitaly P.;Hegai, Valery V.;Liu, Jann Yenq;Ryu, Kwangsun;Chung, Jong-Kyun
Journal of Astronomy and Space Sciences
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v.34
no.4
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pp.251-256
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2017
The electric coupling between the lithosphere and the ionosphere is examined. The electric field is considered as a timevarying irregular vertical Coulomb field presumably produced on the Earth's surface before an earthquake within its epicentral zone by some micro-processes in the lithosphere. It is shown that the Fourier component of this electric field with a frequency of 500 Hz and a horizontal scale-size of 100 km produces in the nighttime ionosphere of high and middle latitudes a transverse electric field with a magnitude of ~20 mV/m if the peak value of the amplitude of this Fourier component is just 30 V/m. The time-varying vertical Coulomb field with a frequency of 500 Hz penetrates from the ground into the ionosphere by a factor of ${\sim}7{\times}10^5$ more efficient than a time independent vertical electrostatic field of the same scale size. The transverse electric field with amplitude of 20 mV/m will cause perturbations in the nighttime F region electron density through heating the F region plasma resulting in a reduction of the downward plasma flux from the protonosphere and an excitation of acoustic gravity waves.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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