[論文レビュー] Influence of ground motion duration on the structural response at multiple seismic levels

Mojtaba Harati, ‪Mohammadreza Mashayekhi+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2019

Seismic Performance and Analysis被引用数 2

ひとこと要約

本研究では、100年、475年、2475年復帰期間を有する3つの地震動レベルにおいて、鉄筋コンクリート構造物の地震動的要求応答に及ぼす地震動持続時間の影響を調査する。スペクトル一致させた地震動を用いて、持続時間と変位応答の間には正の相関関係が存在し、復帰期間が長くなるほどその相関が強化されることを示し、増分的動的解析（IDA）において長時間の地震動が構造の崩壊耐力の最大20％の低下を引き起こすことが明らかになった。

ABSTRACT

This paper aims to investigate the effects of motion duration on the structural seismic demands, seeking potential correlations between motion durations and structural responses at several seismic levels. Three seismic levels with 100years, 475years, and 2475years earthquake return periods (RPs) are first considered for correlation computations. Spectrally matched ground motions are employed to isolate the contribution of duration from the effects of ground motion amplitudes and response spectral shape. Four single degree of freedom systems derived from four real reinforced concrete structures are studied, where both degrading and non-degrading equivalent SDOF systems are included for structural modeling. Results show a positive correlation between motion duration and structural displacement demand and this correlation increases with an increase in earthquake RP. It is also investigated whether or not this positive correlation has an impact on the incremental dynamic analysis curves. The spectrally matched ground motions are divided into two distinct groups in this case: short-duration and long duration ground motions. The comparison of incremental dynamic analysis of these two groups reveals that long-duration ground motions can cause up to a 20 percent decrease in the collapse capacity of considered structures.

研究の動機と目的

• 複数の地震動レベルにおける地震動持続時間の構造的地震要求応答への影響を評価すること。
• スペクトル一致させた地震動を用いて、振幅およびスペクトル形状の変動から持続時間の影響を分離すること。
• 持続時間が増分的動的解析（IDA）曲線および崩壊耐力に与える影響を評価すること。
• 実際の鉄筋コンクリート構造物を単自由度系（SDOF）モデルとしてモデル化し、短時間および長時間の地震動に対する構造応答を比較すること。

提案手法

• 4つの実際の鉄筋コンクリート構造物を、劣化型および非劣化型の単自由度系（SDOF）としてモデル化した。
• 地震動をスペクトル一致させることで、振幅およびスペクトル形状の変動から持続時間の影響を分離した。
• 100年、475年、2475年復帰期間を用いて3つの地震動レベルを定義し、一貫性のある比較を可能にした。
• 各地震動レベルにおける地震動持続時間と構造的変位応答の間の相関分析を実施した。
• 短時間および長時間の地震動群に対して、それぞれ別々に増分的動的解析（IDA）を実施した。
• 2つのグループ間の崩壊耐力を比較し、持続時間の構造的性能への影響を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 異なる地震動レベルにおける地震動持続時間と構造的変位応答の相関関係はいかなるものか？
• RQ2 持続時間が増分的動的解析（IDA）曲線の形状および結果にどの程度影響を与えるか？
• RQ3 長時間の地震動を用いることで、短時間の地震動と比較して崩壊耐力に測定可能な低下が生じるか？
• RQ4 劣化型および非劣化型のSDOFモデルは、同一の地震動入力を受ける場合に、持続時間の変化に対してどのように異なる応答を示すか？

主な発見

• 地震動持続時間と構造的変位応答の間に正の相関関係が存在し、復帰期間が長くなるほどその相関が強化される。
• 持続時間と変位応答の相関関係は、2475年復帰期間レベルで最も顕著である。
• 長時間の地震動は、短時間の地震動と比較して、被験構造物の崩壊耐力を最大20％低下させる。
• 短時間と長時間の地震動群から導かれるIDA曲線の比較において、崩壊耐力の差が最も顕著に現れる。
• 持続時間の影響は、より高い地震動レベルでより顕著であり、希少で長時間の地震動イベントにおいて構造物の脆弱性が高まることを示唆する。
• スペクトル一致させた地震動を用いることで、振幅およびスペクトル形状とは独立して、持続時間が地震要求応答の主因として明確に分離可能である。