[논문 리뷰] Estimating the duration effects in structural responses by a new energy-cycle based parameter

‪Mohammadreza Mashayekhi, Mojtaba Harati외 1명|arXiv (Cornell University)|2019. 05. 05.

Seismic Performance and Analysis참고 문헌 22인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 구조물의 거동에 미치는 지속 기간 영향을 더 잘 추정하기 위해 히스테리시스 에너지와 비선형 사이클 수를 통합한 에너지-사이클 기반의 새로운 매개변수를 제안한다. 이 방법은 열화되는 RC 프레임에서 응답 요구 수준과 강력한 상관관계를 보이며, 기존의 지속 기간 지표를 능가하여 지반운동 선택을 더 정확하게 가능하게 한다.

ABSTRACT

Strong-motion duration and number of cycles of motion are the well-known parameters with which earthquake engineers currently use to take into account the influence of motion duration for the dynamic analysis of structures. In addition to these prevalent means, using the number of nonlinear cycles, which a structure experiences during the motion, is also one another method to find the influence of the motion duration in the response of structures. In this study, a new approach is proposed to determine the number of nonlinear cycles. Moreover, a parameter based on both hysteretic energy and number of nonlinear cycles is likewise suggested to precisely reflect the shaking characteristics of the motion. The proposed parameter is expected to demonstrate a high correlation with the response of structures even for the structures having deteriorative and degraded behaviour during the motion. This matter is examined and confirmed with the application of this parameter to predict the influence of motion duration in the response of several degrading RC frames. It is revealed that the proposed parameter is able to well predict the influence of motion duration and can be used as a criterion to select ground motions for dynamic analysis.

연구 동기 및 목표

• 지속 기간 영향을 진정으로 반영하지 못하는 기존의 지속 기간 매개변수의 한계를 해결하기 위해.
• 열화되는 구조물에서 에너지 소산과 비선형 사이클 축적을 모두 고려한 더 정확한 지표를 개발하기 위해.
• 지속 기간 영향을 더 효과적으로 반영함으로써 비선형 동적 해석을 위한 지반운동 선택을 향상시키기 위해.
• 다양한 지진 운동 하에서 여러 열화되는 RC 프레임 모델에 대해 제안된 매개변수의 예측 능력을 검증하기 위해.

제안 방법

• 진동 중 구조물이 경험한 히스테리시스 에너지와 비선형 사이클 수를 통합한 신규 매개변수를 제안한다.
• 비선형 사이클을 정의하기 위해, 사전 정의된 항복 임계값을 초과하는 응력-변형률 히스테리시스 루프의 수를 기반으로 한다.
• 힘-변위 루프의 수치적 적분을 통해 응답 시계열 자료에서 총 히스테리시스 에너지를 계산한다.
• 에너지와 사이클 수를 정규화하고 차원이 없는 매개변수로 통합하여 운동 강도와 지속 특성을 반영한다.
• 기록된 지반운동 세트에 이 매개변수를 적용하고, 피크 구조물 응답 요구 수준과의 상관관계를 평가한다.
• 선택된 지반운동 하에서 여러 열화되는 RC 프레임 모델에 대한 비선형 시계열 분석을 통해 성능을 검증한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 제안된 에너지-사이클 매개변수는 전통적인 지속 기간 지표에 비해 구조물 응답 예측에서 어떻게 비교되는가?
• RQ2 이 매개변수는 열화되는 RC 프레임에서 운동 지속 기간의 영향을 어느 정도 잘 반영할 수 있는가?
• RQ3 이 매개변수는 비선형 동적 해석에서 지반운동 선택의 신뢰할 수 있는 기준으로 기능할 수 있는가?
• RQ4 이 매개변수는 장기 지속 지반운동의 누적 손상 잠재력을 얼마나 잘 반영하는가?

주요 결과

• 제안된 에너지-사이클 매개변수는 특히 열화되는 RC 프레임에서 피크 구조물 응답 요구 수준과 높은 상관관계를 보였다.
• 기존의 강도 운동 지속 기간과 총 사이클 수와 같은 전통적 지속 기간 측정법보다 응답 변동성 예측에서 뛰어난 성능을 보였다.
• 심한 열화가 발생한 구조물은 기존 지표보다 제안된 매개변수에 더 강한 응답 의존성을 보였다.
• 유사한 지속 기간을 가진 지반운동들 사이에서 에너지 및 사이클 특성의 차이를 효과적으로 식별할 수 있었다.
• 이 방법은 지반운동 선택의 일관성과 신뢰성을 높여 지진 성능 평가에 유리하게 기여한다.