[논문 리뷰] Influence of ground motion duration on the structural response at multiple seismic levels

Mojtaba Harati, ‪Mohammadreza Mashayekhi외 2명|arXiv (Cornell University)|2019. 01. 01.

Seismic Performance and Analysis인용 수 2

한 줄 요약

이 연구는 100년, 475년, 2475년 재현기간을 가진 세 가지 지진 수준에서 철근 콘크리트 구조물의 지진 요구응답에 지반운동 지속시간이 미치는 영향을 조사한다. 스펙트럼에 일치하는 지반운동을 사용하여, 지속시간과 변위 요구응답 사이에 정적인 상관관계가 존재하며, 재현기간이 길수록 그 상관관계가 강화됨을 보여주고, 장기 지속운동이 증분동적해석에서 붕괴용량을 최대 20% 감소시킴을 나타낸다.

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.

연구 동기 및 목표

• 지속시간이 다양한 지진 수준에서 구조물의 지진 요구응답에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 스펙트럼에 일치하는 지반운동을 사용하여, 지속시간의 영향을 진폭과 스펙트럼 형상의 변동에서 분리하여 평가하기 위해.
• 지속시간이 증분동적해석(IDA) 곡선과 붕괴용량에 영향을 미치는지 평가하기 위해.
• 실제 철근 콘크리트 구조물을 단일자유도(SDOF) 시스템으로 모델링하여, 짧은 지속시간과 긴 지속시간 지반운동 간의 구조적 반응을 비교하기 위해.

제안 방법

• 네 개의 실제 철근 콘크리트 구조물이 비파괴적 및 파괴적 단일자유도(SDOF) 시스템으로 모델링됨.
• 지속시간의 영향을 진폭과 스펙트럼 형상의 변동에서 분리하기 위해 지반운동을 스펙트럼에 일치시킴.
• 일致한 비교를 위해 100년, 475년, 2475년 재현기간을 기준으로 세 가지 지진 수준을 정의함.
• 각 지진 수준에서 지반운동 지속시간과 구조물의 변위 요구응답 간 상관관계 분석을 수행함.
• 짧은 지속시간과 긴 지속시간 지반운동 그룹에 대해 별도로 증분동적해석(IDA)을 수행함.
• 두 그룹 간 붕괴용량을 비교하여 지속시간의 구조적 성능에 대한 영향을 평가함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다양한 지진 수준에서 지반운동 지속시간과 구조물의 변위 요구응답 간 상관관계는 어떻게 되는가?
• RQ2 지속시간이 증분동적해석(IDA) 곡선의 형태와 결과에 어느 정도 영향을 미치는가?
• RQ3 긴 지속시간 지반운동을 사용할 경우 짧은 지속시간 지반운동 대비 붕괴용량에 측정 가능한 감소가 발생하는가?
• RQ4 비파괴적 및 파괴적 SDOF 모델은 동일한 지진 입력 조건에서 지속시간 변화에 대해 어떻게 다른 반응을 보이는가?

주요 결과

• 지반운동 지속시간과 구조물의 변위 요구응답 사이에 정적인 상관관계가 존재하며, 재현기간이 길수록 그 상관관계가 강화됨.
• 지속시간과 변위 요구응답 간 상관관계는 2475년 재현기간 수준에서 가장 뚜렷함.
• 긴 지속시간 지반운동은 연구된 구조물의 붕괴용량을 짧은 지속시간 지반운동 대비 최대 20% 감소시킴.
• 짧은 지속시간과 긴 지속시간 지반운동 그룹에서 유도된 IDA 곡선을 비교할 때 붕괴용량의 차이가 가장 두드러짐.
• 지속시간의 영향은 높은 지진 수준에서 더 두드러지며, 희귀하고 장기 지속 지진에 대한 더 큰 취약성을 시사함.
• 스펙트럼에 일치하는 지반운동은 진폭과 스펙트럼 형상과 독립적으로 지속시간을 지진 요구응답의 주요 인자로 효과적으로 분리함.