بررسی عدم قطعیت زاویه ثبت مولفه افقی شتابنگاشت‌های لرزه‌ای برای سناریوهای بحرانی ارزیابی لرزه‌ای سازه‌های منظم

پیری زاده, محبوبه; حمیدی, صالح

doi:10.22065/jsce.2023.393483.3093

بررسی عدم قطعیت زاویه ثبت مولفه افقی شتابنگاشت‌های لرزه‌ای برای سناریوهای بحرانی ارزیابی لرزه‌ای سازه‌های منظم

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

محبوبه پیری زاده ¹

صالح حمیدی ²

¹ استادیار، گروه مهندسى عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامى واحد تهران غرب، تهران، ایران

² کارشناس ارشد مهندسی عمران گرایش زلزله، گروه مهندسى عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامى واحد تهران غرب، تهران، ایران

10.22065/jsce.2023.393483.3093

چکیده

از جمله عدم قطعیت‌های موجود در ارزیابی لرزه‌ای سازه ها به روش تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی، موضوعاتی نظیر نحوه انتخاب و اعمال زوج مولفه افقی شتابنگاشت لرزه‌ای به سازه می باشد. با توجه به اینکه جهت استقرار سنسورهای دستگاه شتابنگار در خصوصیات لرزه‌ای داده‌های شتابنگاری ثبت شده مانند بیشینه شتاب زمین، طیف پاسخ و انرژی تاثیر قابل توجهی دارد لذا نحوه دوران شتابنگاشت لرزه‌ای برای دستیابی به سناریوهای بحرانی‌تر پاسخ سازه‌ها بر حسب درجه اهمیت آنها محل بحث است. در این تحقیق، بر اساس داده-های ثبت شده در شبکه شتابنگاری ایران برای پنج زمین لرزه بارز در سه پهنه لرزه زمین ساخت زاگرس، ایران مرکزی و البرز، سه روش دوران پیشنهادی در تحقیقات قبلی شامل روش محورهای اصلی، روش جهت حداکثری و روش محورهای موازی و عمود بر گسل ارزیابی شده و تاثیر آنها در پاسخ لرزه‌ای دو تیپ ساختمانی قاب خمشی فولادی منظم کوتاه‌مرتبه (4طبقه) و میان‌مرتبه (8 طبقه) با استفاده از روش تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی بررسی شده است. نتایج نشان داد که توجه به عدم قطعیت ناشی از زاویه استقرار سنسورهای دستگاه‌های ثبت شتابنگاشت در ایستگاه‌های شتابنگار لرزه‌ای تاثیر قابل ملاحظه‌ای بر پاسخ لرزه‌ای سازه های کوتاه مرتبه و میان مرتبه موردبررسی داشته است، به نحوی که افزایش بین 10 تا 120 درصدی بیشینه تغییرمکان نسبی طبقات و بیشینه برش پایه سازه در زلزله‌های مختلف بنابر نوع زلزله، دوری و نزدیکی ایستگاه، نوع روش دوران و ارتفاع سازه مشاهده شده است لکن انتخاب روش دوران برای رسیدن به بحرانی‌ترین سناریوی ممکن پیچیده بوده و بسته به دوری و نزدیکی سازه به گسل متفاوت می باشد. برای کاهش محاسبات شناسایی سناریوی بحرانی برای روش دوران شتابنگاشت‌های لرزه‌ای در روش تحلیل‌ تاریخچه زمانی، اولویت دادن به روش دورانی که با اعمال آن، پارامترهای لرزه‌ای بیشینه شتاب و چگالی انرژی ویژه شتابنگاشت لرزه‌ای حداکثر شود به عنوان پیشنهاد مطرح گردید.

کلیدواژه‌ها

ارزیابی لرزه‌ای

دوران مولفه افقی شتابنگاشت لرزه‌ای

راستای گسل

طیف پاسخ

تحلیل تاریخچه زمانی

موضوعات

دینامیک سازه، زلزله و لرزه شناسی

عنوان مقاله English

Study on the uncertainty of the recorded orientation of horizontal components of ground motions for critical scenarios of seismic evaluation of regular structures

نویسندگان English

Mahboobeh Pirizadeh ¹

Saleh Hamidi ²

¹ Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, West Tehran Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran

² MSc in Earthquake Engineering, Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, West Tehran Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran

چکیده English

One of the uncertainties in the seismic evaluation of structures is how to select random seismic records and how to consider the orientation effects of horizontal components of ground motions in the time history analysis. The rotation of the recorded components can increase the seismic characteristics such as peak ground acceleration, response spectrum shape, or earthquake energy. Therefore, the effects of this issue on the most critical scenarios of seismic response of important structures are questionable. This study has evaluated three rotation methods proposed by previous studies, i.e., principal axes, maximum direction, and fault-normal and fault-parallel orientation, based on the data available in the Iranian Strong Motion Network. Then, the effects of these methods are assessed on the seismic response of two building types, low-rise and medium-rise regular steel moment frames, using the nonlinear time history analyses. According to the results, if the structure principal axes are along with the most critical orientation of the accelerometer installation, the magnification of the seismic response can be expected, especially in near-fault structures. So that for the studied structures, , two structural response parameters including the maximum base shear and maximum inter-story drift ratio are increased between 10 and 120 percent under different rotated ground motions, depending on the earthquake type and the applied method of record rotation and also depending on the building height and its distance to the fault. According to the results, the selection of the most critical rotation method was a complicated and time-consuming process. Based on this research results, it is proposed to give priority to the rotation method which maximizes the value of peak ground acceleration and specific energy density of the seismic record to reduce the calculations of identifying the critical scenario for the rotation method of seismic ground motions in the time history analysis method

کلیدواژه‌ها English

Seismic evaluation

Rotation of horizontal components of ground motions

Fault orientation

Response Spectrum

Time history analysis

[1] Nicknam, A., Mazarei, A. and Ganjvar, M. (2017) Assessment of Iran seismic design response spectra (Standard No. 2800) regarding site-distance effects particularly at near fault sites. Amirkabir Journal of Civil Engineering, 49(3), 547-564. (in Persian)

[2] Penzien, J., and Watabe, M. (1974). Characteristics of 3-dimensional earthquake ground motions. Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 3(4), 365–373.

[3] Wilson, E.L., Suharwardy, I. and Habibullah, A. (1995). A clarification of the orthogonal effects in a three-dimensional seismic analysis. Earthquake Spectra, 11(4), 659-666.

[4] López, O.A. and Torres, R., (1997). The critical angle of seismic incidence and the maximum structural response. Earthquake Engineering & Structural Dynamics, 26(9), 881-894.

[5] Mavroeidis, G.P. and Papageorgiou, A.S. (2003). A mathematical representation of near-fault ground motions. Bulletin of the Seismological Society of America, 93(3), 1099-1131.

[6] Bray, J.D. and Rodriguez-Marek, A. (2004). Characterization of forward-directivity ground motions in the near-fault region. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 24(11), 815-828.

[7] Rigato, A.B. and Medina, R.A. (2007). Influence of angle of incidence on seismic demands for inelastic single-storey structures subjected to bi-directional ground motions. Engineering Structures, 29(10), 2593-2601.

[8] Huang, Y.N., Whittaker, A.S. and Luco, N. (2008). Maximum spectral demands in the near-fault region. Earthquake Spectra, 24(1), 319-341.

[9] Zamora, M. and Riddell, R. (2011). Elastic and inelastic response spectra considering near-fault effects. Journal of Earthquake Engineering, 15(5), 775-808.

[10] Reyes, J.C. and Kalkan, E. (2015). Significance of Rotating Ground Motions on Behavior of Symmetric-and Asymmetric-Plan Structures: Part I. Single-Story Structures. Earthquake Spectra, 31(3), 1591–1612.

[11] Gerami, M., Mashayekhi, A.H. and Siahpolo, N. (2016). Evaluation of seismic parameters of steel moment resisting frames based on “FEMA P-695” under near-field rotated ground motion, Journal of Structural and Construction Engineering (JSCE), 3(2), 59-72. (in Persian)

[12] Giannopoulos, D.و and Vamvatsikos, D. )2018(. Ground motion records for seismic performance assessment: To rotate or not to rotate?. Earthquake Engineering & Structural Dynamics, 47(12), 2410-2425.

[13] Hong, H.P. and Goda, K. )2010(. Characteristics of horizontal ground motion measures along principal directions. Earthquake Engineering and Engineering Vibration, 9(1), 9-22.

[14] Goda, K. )2012(. Comparison of peak ductility demand of inelastic SDOF systems in maximum elastic response and major principal directions. Earthquake Spectra, 28(1), 385-399.

[15] Rupakhety, R. and Sigbjörnsson, R. (2013). Rotation-invariant measures of earthquake response spectra. Bulletin of Earthquake Engineering, 11, 1885-1893.

[16] ASCE Standard, ASCE/SEI7-10. (2010). Minimum design loads and associated criteria for buildings and other structures. American Society of Civil Engineers, Season16.

[17] Boore, D.M., Watson-Lamprey, J. and Abrahamson, N.A. (2006). Orientation-independent measures of ground motion. Bulletin of the Seismological Society of America, 96(4A), 1502-1511.

[18] Boore, D.M. (2010). Orientation-independent, nongeometric-mean measures of seismic intensity from two horizontal components of motion. Bulletin of the Seismological Society of America, 100(4), 1830-1835.

[19] ASCE Standard, ASCE/SEI7-16. (2016). Minimum design loads and associated criteria for buildings and other structures. American Society of Civil Engineers, Season21.

[20] Wen, W., Ji, D. and Zhai, C. (2020). Ground motion rotation for mainshock-aftershock sequences: Necessary or not?. Journal of Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 130, 1-5.

[21] Rivera-Figueroa, A. and Montejo, L.A. (2023). Ground motion rotation effects on bidirectional inelastic response using seismic input compatible to a target RotD100 spectrum. Journal of Structures, 50, 97-107.

[22] Building and Housing Research Center. (2015). Iranian Code of Practice for Seismic Resistant Design of Buildings. Standard No. 2800, Ed. 4, Iran. (in Persian)

[23] Geological Survey & Mineral Exploration of Iran, (2023). Reports. [online] Available at: URL https://gsi.ir/fa/reports

[24] Iran Strong Motion Network, (2023). Stations. [online] Available at: URL https://smd.bhrc.ac.ir/Portal/fa/Search/Stations

[25 SeismoSoft, (2014). SeismoSignal (Version 4.3.0). SeismoSoft. Ltd., Inc., Earthquake Engineering Software Solutions,. Pavia, Italy, [online].

[26] Iranian National Building Codes Compilation Office (2014). Iranian national building code, part 6: Loads on building. Ministry of Housing and Urban Development (MHUD). (In Persian)

[27] Iranian National Building Codes Compilation Office (2013). Iranian national building code, part 10: Design and Construction of Steel buildings. Ministry of Housing and Urban Development (MHUD). (In Persian)

[28] Hamidi, S. (2021). Influence of rotating horizontal components of ground motions on the response of regular steel frame structures in near-fault and far-fault fields, MSc. Thesis, West Tehran Branch of Islamic Azad University. (in Persian)

[29] Federal Emergency Management Agency, FEMA-356 (2000). Prestandard and Commentary for Seismic Rehabilitation of Buildings, Washington, DC.

[30] Computers and Structures Inc. (CSI). (2006). Nonlinear analysis and performance assessment of structures- user guide, PERFORM-3D (Version 4.0.3), Berkeley, CA.

[31] Tsoa, W.K., Zhua, T.J. and Heidebrechta, A.C. (1992). Engineering implication of ground motion A/V ratio. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 11(3), 133-144.

[32] Rathje, E.M., Abrahamson, N.A. and Bray, J.D. (1998). Simplified frequency content estimates of earthquake ground motions. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 124(2), 150-159.