[论文解读] 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 2

一句话总结

本研究探讨了地面运动持续时间对三种地震水准（重现期分别为100年、475年和2475年）下钢筋混凝土结构地震需求的影响。通过采用谱匹配的地面运动，研究显示持续时间与位移需求之间存在正相关关系，且该相关性随重现期增加而增强，并表明在增量动力分析中，长持续时间运动可使倒塌容量降低多达20%。

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.

研究动机与目标

• 评估地面运动持续时间对多个地震水准下结构地震需求的影响。
• 通过使用谱匹配的地面运动，将持续时间效应与幅值和谱形变化分离。
• 评估持续时间是否影响增量动力分析（IDA）曲线及倒塌容量。
• 比较在相同地震输入下，退化与非退化单自由度（SDOF）系统对短持续时间与长持续时间地面运动的响应差异。

提出的方法

• 将四座实际钢筋混凝土结构建模为退化与非退化单自由度（SDOF）系统。
• 通过谱匹配的地面运动，将持续时间效应与幅值和谱形变化分离。
• 通过100年、475年和2475年重现期定义三个地震水准，以实现一致比较。
• 在每个地震水准下，对地面运动持续时间与结构位移需求进行相关性分析。
• 分别对短持续时间与长持续时间地面运动组开展增量动力分析（IDA）。
• 比较两组之间的倒塌容量，以评估持续时间对结构性能的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 在不同地震水准下，地面运动持续时间与结构位移需求之间存在何种相关性？
• RQ2 持续时间在多大程度上影响增量动力分析（IDA）曲线的形状与结果？
• RQ3 与短持续时间运动相比，使用长持续时间地面运动是否会导致可测量的倒塌容量降低？
• RQ4 在相同地震输入下，退化与非退化SDOF模型对持续时间变化的响应有何不同？

主要发现

• 地面运动持续时间与结构位移需求之间存在正相关关系，且该相关性随重现期增加而增强。
• 持续时间与位移需求之间的相关性在2475年重现期水准下最为显著。
• 与短持续时间运动相比，长持续时间地面运动可使所研究结构的倒塌容量降低最多20%。
• 在比较由短持续时间与长持续时间地面运动组导出的IDA曲线时，倒塌容量的差异最为显著。
• 持续时间的影响在较高地震水准下更为显著，表明在罕见的长持续时间事件下结构更具脆弱性。
• 谱匹配的地面运动有效将持续时间作为地震需求的主导因素，独立于幅值和谱形。