انتخاب شتابنگاشتها برای تحلیل لرزه‌ای غیرخطی براساس مشخصات طیفی
مجری پروژه:
محسن غفوری آشتیانی
همکار:
مهدی موسوی، علیرضا آذربخت
چکیده
سنجه شدت جنبش زمین، به عنوان حلقه واسط وضعیت خطر ساختگاه و پاسخ سازه، در تحلیل خطرپذیری سازه‌ها اهمیت ویژه‌ای دارد. ویژگی کلیدی مورد انتظار از یک سنجه ایده‌آل، “کفایت” (توصیف کامل یک شتابنگاشت به تنهایی) آن است. مقدار طیف پاسخ شتاب در پریود غالب سازه، Sa(T1)، ساده‌ترین و رایج‌ترین سنجه شدتی است که در کاربردهای مهندسی مورد استفاده قرار می‌گیرد. علی‌رغم شهرت، این سنجه شدت از کفایت لازم برخوردار نیست؛ زیرا، پاسخ سازه علاوه بر Sa(T1) به صورت آشکاری متأثر از شکل طیف شتابنگاشتها است؛ بنابراین، اگر سازه بر اساس Sa(T1) تحلیل شود، به احتمال زیاد پاسخ حاصل “اریب” خواهد بود. هدف اصلی این مطالعه، بررسی نظام‌مند تأثیر شکل طیف بر اریبی پاسخ برآورد شده و ارائه راهکاری برای کاهش این اریبی است. روش تحقیق در این مطالعه، تحلیل آماری نمونه‌های متنوع یکدرجه آزادی تحت تحریک مجموعه‌های متنوع شتابنگاشت است. ظرفیت فروریزش نیز به عنوان شاخص پاسخ غیرخطی منظور شده است.
یکی از مهمترین یافته‌های این تحقیق آن است که پالایش شتابنگاشتهای سازگار با تراز خطر مطلوب، راهی عملی برای کاهش اریبی پاسخ است. برای تحقق این هدف، شاخص نوآورانه‌ای به نام اتا (η( به صورت ترکیب خطی اپسیلون طیف پاسخ شتاب در پریود غالب سازه، Saε، و اپسیلون سرعت بیشینه، PGVε، ارائه شده است. با تعیین η، هدف بر اساس تراز خطر مطلوب ساختگاه و پالایش شتابنگاشتهای سازگار با آن، اریبی پاسخ برآورد شده کاهش می‌یابد. از آنجا که پالایشهای پی در پی
شتابنگاشتها در سطوح مختلف خطر به منظور کاهش اریبی از دیدگاه مهندسی چندان مطلوب نیست، برای غلبه بر این چالش، راه حل ساده‌ای ارائه شده تا ضمن منظور نمودن شکل طیف در برآورد پاسخ سازه، نیازی به پالایشهای متعدد نباشد. از آنجا که معرفی شتابنگاشتهای مناسب برای تحلیل انواع سازه‌ها با مشخصات رفتاری گوناگون پیش‌شرطی مهم برای
عمومیت‌بخشی به تحلیل غیرخطی سازه‌هاست، مطالعه‌ای نظام‌مند برای بررسی تأثیر پارامترهای رفتاری سازه بر انتخاب شتابنگاشتهای معرف صورت پذیرفته است. بر این اساس، سازه‌ها بر مبنای پریود، به شش گروه سازه تقسیم و برای هر گروه هشت شتابنگاشت معرفی شده است.
واژه‌های کلیدی
قابلیت اطمینان لرزه‌ای، سنجه شدت، اریبی در برآورد پاسخ، پالایش، شکل و شاخص طیف، ظرفیت فروریزش لرزه‌ای
Strong Ground Motion Selection for Nonlinear Dynamic Analysis Based on Spectral Characteristics
Authors: M. Ghafory-Ashtiyani, A. Azarbakht, M. Mousvi
Abstract
The ground motion intensity measure (IM) parameter, as a link between the site hazard and the structural response, plays a significant role in the seismic risk analysis. One of the most fundamental characteristics of an IM is it’s “sufficiency”. That means the applied IM can completely represent a ground motion record. The acceleration response spectra in the dominant period of structure, Sa(T1), is the most well-known intensity mesure which is used today by the structural engineers. It is shown that the Sa(T) can not be accounted as a sufficient IM, because of the obvious influence of the spectral sape of a ground motion record on the nonlinear response. Consequently, if a structure be analyzed with considering the Sa(T), the event of bias in the calculated response is a reasonable expect.
The major objective of this research is to study the influence of the spectral shape on the bias of the structural response. The statistical analysis of SDOF systems under excititation of a variety of ground motion records is the applied methodology in this thesis. Also, the collapse capacity is considered as the structural response, here.
As one of the most significant findings of this study, the filtration of the ground motion records based on the target hazard level is an effective way to reduce the structural response bias. For this objective, an innovative indicator of spectral shape is proposed. This indicator, named eta (η), is a linear combination of the acceleration response epsilon, εSa, and the peak ground velocity epsilon, εPGV. By determination of the target η corresponding to the desired hazard level and filtration of records based on this η, the bias of structural response decreases.
The frequent selection of records for each hazard step is not practically convenient, especially for risk assessment procedure that requires to integrating the fragility and hazard functions in different hazard steps. As a solution to this challenge, a simplified approach is proposed that considers the spectral shape in response assessment without need to repeating the selection procedure in different hazard levels.
The introduction of appropriate ground motion records for analysis of different structures is a practical need for development of performance based earthquake engineering. With this aim, the effects “period” and the ductility”, as the most significant structural parameters, on the selection of representative records were studied. Finally, the structures were classified in six structure groups and for dynamic analysis of each group, eight ground motions records were proposed.
Keywords:
Seismic Reliability, Intensity Measure, Bias in The Response Assessment, Record Filtration, Spectral Shape, Spectral Shape Indicator, Seismic Collapse Capacity.
انتخاب شتابنگاشتها برای تحلیل لرزه‌ای غیرخطی براساس مشخصات طیفی
/در نشریات /توسط adminمحسن غفوری آشتیانی
همکار:
مهدی موسوی، علیرضا آذربخت
چکیده
سنجه شدت جنبش زمین، به عنوان حلقه واسط وضعیت خطر ساختگاه و پاسخ سازه، در تحلیل خطرپذیری سازه‌ها اهمیت ویژه‌ای دارد. ویژگی کلیدی مورد انتظار از یک سنجه ایده‌آل، “کفایت” (توصیف کامل یک شتابنگاشت به تنهایی) آن است. مقدار طیف پاسخ شتاب در پریود غالب سازه، Sa(T1)، ساده‌ترین و رایج‌ترین سنجه شدتی است که در کاربردهای مهندسی مورد استفاده قرار می‌گیرد. علی‌رغم شهرت، این سنجه شدت از کفایت لازم برخوردار نیست؛ زیرا، پاسخ سازه علاوه بر Sa(T1) به صورت آشکاری متأثر از شکل طیف شتابنگاشتها است؛ بنابراین، اگر سازه بر اساس Sa(T1) تحلیل شود، به احتمال زیاد پاسخ حاصل “اریب” خواهد بود. هدف اصلی این مطالعه، بررسی نظام‌مند تأثیر شکل طیف بر اریبی پاسخ برآورد شده و ارائه راهکاری برای کاهش این اریبی است. روش تحقیق در این مطالعه، تحلیل آماری نمونه‌های متنوع یکدرجه آزادی تحت تحریک مجموعه‌های متنوع شتابنگاشت است. ظرفیت فروریزش نیز به عنوان شاخص پاسخ غیرخطی منظور شده است.
یکی از مهمترین یافته‌های این تحقیق آن است که پالایش شتابنگاشتهای سازگار با تراز خطر مطلوب، راهی عملی برای کاهش اریبی پاسخ است. برای تحقق این هدف، شاخص نوآورانه‌ای به نام اتا (η( به صورت ترکیب خطی اپسیلون طیف پاسخ شتاب در پریود غالب سازه، Saε، و اپسیلون سرعت بیشینه، PGVε، ارائه شده است. با تعیین η، هدف بر اساس تراز خطر مطلوب ساختگاه و پالایش شتابنگاشتهای سازگار با آن، اریبی پاسخ برآورد شده کاهش می‌یابد. از آنجا که پالایشهای پی در پی
شتابنگاشتها در سطوح مختلف خطر به منظور کاهش اریبی از دیدگاه مهندسی چندان مطلوب نیست، برای غلبه بر این چالش، راه حل ساده‌ای ارائه شده تا ضمن منظور نمودن شکل طیف در برآورد پاسخ سازه، نیازی به پالایشهای متعدد نباشد. از آنجا که معرفی شتابنگاشتهای مناسب برای تحلیل انواع سازه‌ها با مشخصات رفتاری گوناگون پیش‌شرطی مهم برای
عمومیت‌بخشی به تحلیل غیرخطی سازه‌هاست، مطالعه‌ای نظام‌مند برای بررسی تأثیر پارامترهای رفتاری سازه بر انتخاب شتابنگاشتهای معرف صورت پذیرفته است. بر این اساس، سازه‌ها بر مبنای پریود، به شش گروه سازه تقسیم و برای هر گروه هشت شتابنگاشت معرفی شده است.
واژه‌های کلیدی
قابلیت اطمینان لرزه‌ای، سنجه شدت، اریبی در برآورد پاسخ، پالایش، شکل و شاخص طیف، ظرفیت فروریزش لرزه‌ای
Authors: M. Ghafory-Ashtiyani, A. Azarbakht, M. Mousvi
Abstract
The ground motion intensity measure (IM) parameter, as a link between the site hazard and the structural response, plays a significant role in the seismic risk analysis. One of the most fundamental characteristics of an IM is it’s “sufficiency”. That means the applied IM can completely represent a ground motion record. The acceleration response spectra in the dominant period of structure, Sa(T1), is the most well-known intensity mesure which is used today by the structural engineers. It is shown that the Sa(T) can not be accounted as a sufficient IM, because of the obvious influence of the spectral sape of a ground motion record on the nonlinear response. Consequently, if a structure be analyzed with considering the Sa(T), the event of bias in the calculated response is a reasonable expect.
The major objective of this research is to study the influence of the spectral shape on the bias of the structural response. The statistical analysis of SDOF systems under excititation of a variety of ground motion records is the applied methodology in this thesis. Also, the collapse capacity is considered as the structural response, here.
As one of the most significant findings of this study, the filtration of the ground motion records based on the target hazard level is an effective way to reduce the structural response bias. For this objective, an innovative indicator of spectral shape is proposed. This indicator, named eta (η), is a linear combination of the acceleration response epsilon, εSa, and the peak ground velocity epsilon, εPGV. By determination of the target η corresponding to the desired hazard level and filtration of records based on this η, the bias of structural response decreases.
The frequent selection of records for each hazard step is not practically convenient, especially for risk assessment procedure that requires to integrating the fragility and hazard functions in different hazard steps. As a solution to this challenge, a simplified approach is proposed that considers the spectral shape in response assessment without need to repeating the selection procedure in different hazard levels.
The introduction of appropriate ground motion records for analysis of different structures is a practical need for development of performance based earthquake engineering. With this aim, the effects “period” and the ductility”, as the most significant structural parameters, on the selection of representative records were studied. Finally, the structures were classified in six structure groups and for dynamic analysis of each group, eight ground motions records were proposed.
Keywords:
Seismic Reliability, Intensity Measure, Bias in The Response Assessment, Record Filtration, Spectral Shape, Spectral Shape Indicator, Seismic Collapse Capacity.