مهندسی سازه و ساخت

مهندسی سازه و ساخت

بررسی تغییرات شتاب قائم در زلزله‌های قوی حوزه نزدیک با استفاده از شبکه لرزه نگاری درون چاهی

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی دکتری، دانشکده عمران، آب و محیط زیست، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران
2 استادیار، دانشکده مهندسی عمران، آب و محیط زیست، دانشگاه شهید بهشتی، تهران ، ایران
3 دانشیار، دانشکده مهندسی عمران، آب و محیط زیست، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران
چکیده
در این مقاله با استفاده از 41 رکورد قوی درون چاهی ناشی از 20 زلزله با 3.9≤JMA M ≤7.3 از شبکه لرزه نگاری KiK-net متعلق به کشور ژاپن به بررسی تغییرات شتاب قائم در حوزه نزدیک پرداخته شده است. شتاب قائم از نظر انتخاب زلزله و ساختگاه در دو حالت مورد بررسی گرفت. در حالت اول با در نظر گرفتن چند زلزله قوی اثر آن در ایستگاه‌های متفاوت حوزه نزدیک بررسی شد تا اثرات مسیر و موقعیت مکانی ملموس گردد و در حالت دوم با ثابت گرفتن ایستگاه‌ها و انتخاب زلزله‌های متفاوت در حوزه نزدیک به بررسی اثرات خاک ساختگاه پرداخته شد. بر این اساس توابع انتقال برای ضرایب تقویت فرکانسی سرعت، شتاب و همچنین ضرایب تقویت طیفی برای طیف سرعت و شتاب استخراج شد. جهت محاسبه توابع انتقال از نسبت محتویات فرکانسی رکوردهای ثبت شده در سطح و عمق، و برای ضرایب تقویت طیفی، از نسبت طیف پاسخ سطح به عمق با میرایی 5% استفاده شد. از جمله نتایج گرفته شده می‌توان به اثر مهم لایه‌های خاک در تقویت امواج زلزله و شتاب قائم اشاره کرد. عملکرد خاک تابع عواملی مانند منبع و مسیر انتشار است. از طرفی وجود یک یا دو لایه خاک با ضخامت‌های کاملا محدود در سطح، سبب رفتار کاملا متفاوت ساختگاه می‌شود. در مجموع توابع تقویت فرکانسی و تقویت طیفی در بخش وسیعی از فرکانس‌ها مشابه هم هستند. میزان بزرگای زلزله به تنهایی نمی‌تواند تغییرات شدیدی در تابع انتقال شتاب قائم ایجاد نماید. اما بزرگنمایی خاک با تابع انتقال بدست آمده تحت فرکانس‌های ورودی متفاوت می-تواند عملکرد کاملا متفاوتی داشته باشد. عمده تقویت فرکانس‌ها در حوزه نزدیک در بازه 3 تا 18 هرتز مشاهده می‌شود.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Investigation of the Vertical Acceleration Alterations in the Strong Near-Field Earthquakes

نویسندگان English

Majid Koolivand 1
Reza Rasti Ardakani 2
Abbas Mahdavian 3
Hamid Saffari 3
1 PhD Candidate, Faculty of Civil, Water and Environmental Engineering, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
2 Assistant Professor, Faculty of Civil, Water and Environmental Engineering, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran.
3 Associate Professor, Faculty of Civil, Water and Environmental Engineering, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
چکیده English

In this paper, alterations of vertical acceleration of the near-field earthquakes have been studied using 41 strong ground motions from 20 earthquakes with 3.9 ≤ M ≤ 7.3, which have been extracted from KiK-net seismograph network (In Japan country). In this respect, the study of the vertical has been conducted in two cases. In the first case, by considering several strong earthquakes, the effect of the vertical acceleration of the near-field earthquakes was investigated to have an insight about the location effects. In the second case, the stations and earthquakes were considered constant and subsequently, the effect of the soil was evaluated.

Accordingly, the transfer functions for the acceleration and velocity frequency amplification factors as well as spectral amplification factors were extracted for the velocity and acceleration spectra. In order to calculate the transfer functions, the ratio of the frequency contents of Time History recorded at the surface and depth was used, and for the spectral amplification coefficients, the ratio of the response spectrum of the surface to the depth with 5% attenuation was used. The most important finding is that soil layers amplify the seismic waves and vertical acceleration. Soil performance depends on factors such as source and direction of release. On the other hand, the presence of one or two layers of soil with completely limited thicknesses on the surface causes a completely different behavior of the construction. In general, the functions of frequency amplification and spectral amplification are similar in a wide range of frequencies. The magnitude of the earthquake could not cause drastic changes in the vertical acceleration transfer function. But soil magnification with the transfer function obtained under different input frequencies could have completely different performance. Major amplification of frequencies in the near field is observed in the range of 3 to 18 Hz.

کلیدواژه‌ها English

Vertical Acceleration
Borehole Seismic Data
Near-Field Ground Motion
Transfer Function
Spectral Amplification
[1] Kramer, S. L. (1996). Geotechnical earthquake engineering. Pearson Education India.‏
[2] Naeim, F. (Ed.). (1989). The seismic design handbook. Springer Science & Business Media.‏
[3] https://www.kyoshin.bosai.go.jp
[4] Kokusho, T., & Sato, K. (2008). Surface-to-base amplification evaluated from KiK-net vertical array strong motion records. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 28(9), 707-716.‏
[5] Mohraz, B., & Tiv, M. (1991, August). Spectral shapes and amplifications for the Loma Prieta earthquake of October 17, 1989. In Lifeline Earthquake Engineering (pp. 562-571). ASCE.‏
[6] Stewart, J. P., Chiou, S. J., Bray, J. D., Graves, R. W., Somerville, P. G., & Abrahamson, N. A. (2002). Ground motion evaluation procedures for performance-based design. Soil dynamics and earthquake engineering, 22(9-12), 765-772.‏
[7] Bozorgnia, Y., & Niazi, M. (1993). Distance scaling of vertical and horizontal response spectra of the Loma Prieta earthquake. Earthquake engineering & structural dynamics, 22(8), 695-707.‏
[8] Bozorgnia, Y., & Campbell, K. W. (2004). The vertical-to-horizontal response spectral ratio and tentative procedures for developing simplified V/H and vertical design spectra. Journal of Earthquake Engineering, 8(02), 175-207.‏
[9] Bozorgnia, Y., Niazi, M., & Campbell, K. W. (1995). Characteristics of free-field vertical ground motion during the Northridge earthquake. Earthquake spectra, 11(4), 515-525.‏
[10] HUANG, H. C., & CHIU, H. C. (1996). Estimation of site amplification from Dahan downhole recordings. Earthquake engineering & structural dynamics, 25(4), 319-332.‏
[11] Noguchi, S., Sato, H., & Sasatani, T. (2012, September). Characterization of nonlinear site response based on strong motion records at K-NET and KiK-net stations in the east of Japan. In Proc. of 15th World Conference on Earthquake Engineering, Lisbon, Portugal (pp. 24-28).‏
[12] Yang, Z., Yuan, J., Liu, J., & Han, B. (2017). Shear modulus degradation curves of gravelly and clayey soils based on KiK-Net in situ seismic observations. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 143(9), 06017008.‏
[13] Han, B., Zdravkovic, L., Kontoe, S., & Taborda, D. M. (2017). Numerical investigation of multi-directional site response based on KiK-net downhole array monitoring data. Computers and Geotechnics, 89, 55-70.‏
[14] Pilz, M., & Cotton, F. (2019). Does the one-dimensional assumption hold for site response analysis? A study of seismic site responses and implication for ground motion assessment using KiK-Net strong-motion data. Earthquake Spectra, 35(2), 883-905.‏
[15] Afshari, K., & Stewart, J. P. (2022). Effectiveness of 1D ground response analyses at predicting site response at California vertical array sites.‏
[16] Kaklamanos, J., & Bradley, B. A. (2018). Challenges in predicting seismic site response with 1D analyses: Conclusions from 114 KiK‐net vertical seismometer arrays. Bulletin of the Seismological Society of America, 108(5A), 2816-2838.‏
[17] American Society of Civil Engineers. (2017, June). Minimum design loads and associated criteria for buildings and other structures. American Society of Civil Engineers.‏
[18] Code, P. (2005). Eurocode 8: Design of structures for earthquake resistance-part 1: general rules, seismic actions and rules for buildings. Brussels: European Committee for Standardization.‏
[19] Storng Motion Seismograph Networks (K-NET, kik-net) https://www.kyoshin.bosai.go.jp/kyoshi

  • تاریخ دریافت 28 خرداد 1402
  • تاریخ بازنگری 21 آبان 1402
  • تاریخ پذیرش 30 بهمن 1402