اثر محتوای فرکانسی زمین‌لرزه‌های نزدیک گسل بر عملکرد لرزه‌ای پایه پل‏ های بتن‌آرمه

نویسنده

دانشیار، گروه مهندسی عمران، واحد سمنان، دانشگاه آزاد اسلامی، سمنان، ایران

چکیده

ارزیابی عملکرد لرزه‌ای پل‌ها مستلزم استفاده از زمین‌لرزه‌های طبیعی ثبت شده یا رکوردهای مصنوعی تولید شده جهت استفاده در تحلیل­ های تاریخچه زمانی غیرخطی است. به ­سبب پیچیدگی مرتبط با خصوصیات اتلاف انرژی پل‌ها و مشخصه‌های دینامیک زمین‌لرزه‌ها، کیفیت و کفایت نتایج تحلیل­ های دینامیک غیرالاستیک وابستگی بسیار زیادی به جامعیت گروه رکوردهای زمین‌لرزه مورد استفاده، مدل ­سازی ریاضی پل و رفتار ماده دارد. این عوامل، لزوم در نظر گرفتن معیارهای مناسب برای انتخاب رکوردهای زمین‌لرزه و ارزیابی پتانسیل خسارت آنها جهت اتصال بین بارگذاری لرزه‌ای و پاسخ سازه‌ای را بیش از پیش مشخص‌تر می‌کند. بر اساس مطالعات پاسخ لرزه‌ای پایه پل‌ها، به­خوبی مشخص شده آنچه که در بین پارامترهای فوق سبب افزایش خسارات سازه‌ای می‌گردد، محتوای فرکانسی زلزله می‌باشد. لذا در این مقاله، محتوای فرکانسی زمین‌لرزه به عنوان اصلی‌‌ترین عامل که پاسخ غیرالاستیک پایه پل‌های بتن‌­آرمه را تحت تأثیر قرار می‌دهد، در نظرگرفته ‌شد. روش­های مختلف تعیین محتوای فرکانسی زمین‌لرزه‌ها ارائه شده و بهترین روش جهت تعیین محتوای فرکانسی انتخاب ‌گردید. به کمک روش انتخابی محتوای فرکانسی، هفت رکورد زمین­ لرزه‌ بر اساس شاخص مربوطه تعیین شده و تأثیر این شاخص بر عملکرد لرزه‌ای پایه پل ­های بتن‌آرمه و روند وقوع تشکیل مفاصل پلاستیک مورد بررسی قرار ‌گرفت. نتایج تحلیل نشان می‌دهد که به­دلیل مشخصات متفاوت زمین‌لرزه‌ها، الگوهای مفصل پلاستیک، که حاصل تحریکات لرزه‌ای می‌باشند، نشان‌دهنده تغییرات در بین زمین‌لرزه‌ها هستند. نتایج همچنین نشان می‌دهد که در یک زمین‌لرزه با محتوای فرکانسی بالا، مفاصل پلاستیک با طول بیشتری در پایه پل ­ها شکل می‌گیرند. برای زمین‌لرزه‌هایی که به یک دامنه حداکثر شتاب زمین مقیاس شده‌اند، محتوای فرکانسی کم، مفصل پلاستیک طویل ­تری را شکل می‌دهد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Effect of Frequency Content of Near-Fault Ground Motions on Seismic Performance of Reinforced-Concrete Bridge Piers

نویسنده [English]

  • A. Mortezaei
چکیده [English]

Seismic performance evaluation of bridges requires the use of natural recorded ground motions or artificially produced records to be used in non-linear time history analysis. Due to the complexity related to energy dissipation characteristics of bridges and dynamic characteristics of earthquakes, the quality and adequacy of inelastic dynamic analysis results are highly dependent on the universality of selected seismic records, numerical modeling of the bridge, and material behavior. These factors unveil the need to consider appropriate criteria in earthquake records selection and to assess the damage potential to connect seismic loading and structural response more than ever. Based on the seismic-response studies of bridge piers, it is well known that among the other factors, the earthquake frequency content increases structural damage. Hence, in this paper, earthquake frequency content is considered as the main factor which affects inelastic response of reinforced concrete (RC) bridge piers. Different methods are presented to determine the earthquake frequency content, and the best method is selected to determine the frequency content. Using the selected method, the frequency content of seven selected records was determined based on the respective index. The influence of this index was also examined on seismic performance of RC bridge piers as well as formation process of plastic hinges. The results showed that due to different characteristics of earthquakes, plastic hinge patterns, which are derived from seismic excitation, indicate the changes among earthquake records. Results also showed that an earthquake with high frequency content causes extended length of plastic hinges at the base of the piers. For earthquakes which have been scaled to the same peak ground acceleration, low frequency content forms long plastic hinges.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Frequency content
  • Near-fault ground motion
  • Seismic Performance
  • Bridge pier

معاونت برنامه ­ریزی و نظارت راهبردی رییس جمهور. 1385. دستورالعمل بهسازی لرزه­ ای ساختمان ­های موجود، نشریه شماره 360.

Atkinson G. M. and Silva, W. 2000. “Stochastic modeling of California ground motions”. Bull. Seismol. Soc. Am. 90: 255-274.

Ay, B. O. and Akkar, S. 2014. “Evaluation of a recently proposed record selection and scaling procedure for low-rise to mid-rise reinforced concrete buildings and its use for probabilistic risk assessment studies”. Earthq. Eng. Struct. Dyn. 43: 889-908.

Baker, J. W. and Cornell, C. A. 2006. “Spectral shape, epsilon and record selection”. Earthq. Eng. Struct. Dyn. 35: 1077-1095.

Boore, D. M. and Atkinson, G. M. 2008. “Ground-motion prediction equations for the average horizontal component of PGA, PGV and 5%-damped PSA at spectral periods between 0.01 s and 10.0 s”. Earthq. Spectra 24: 99-138.

Cordova, P. P., Deierlein, G. G., Mehanny, S. S. F. and Cornell, C. A. 2000. “Development of a two-parameter seismic intensity measure and probabilistic assessment procedure”. The 2nd US-Japan Workshop on Performance-Based Earthquake Engineering, PEER Report 2000/10, Hokkaido/Japan, pp. 195-214.

Housner, G. W. 1959. “Behavior of structures during earthquakes”. ASCE, J. Eng. Mech. Div. 85(4): 109-129.

Iervolino, I. and Cornell, C. A. 2005. “Record selection for nonlinear seismic analysis of structures”. Earthq. Spectra 21(3): 685-713.

Kazaz, I. and Yakut, A. 2006. “Estimation of global displacement on the basis of spectral acceleration”. 7th Int. Cong. on Adv. in Civil Eng., October 11-13, Istanbul, Turkey.

Khaled, A., Massicotte, B. and Tremblay, R. 2011. “Cyclic testing of large-scale rectangular bridge columns under bidirectional earthquake components”. J. Bridge Eng. 16: 351-363.

Krawinkler, H. and Seneviratna, G. D. P. K. 1998. “Pros and cons of a pushover analysis of seismic performance evaluation”. Eng. Struct. 20: 452-464.

Malhotra, P. K. 2002. “Cyclic-demand spectrum”. Earthq. Eng. Struct. Dyn. 31(7): 1441-1457.

Medina R. and Krawinkler, H. 2003. “Seismic Demands for Non-deteriorating Frame Structures and Their Dependence on Ground Motions”. PEER Report 2003/15, University of California, Berkeley.

Mohraz, B., Hall, W. J. and Newmark, N. M. 1972. “A Study of Vertical and Horizontal Earthquake Spectra”. Nathan M. Newmark Consulting Engineering Services, Urbana, Illinois (AEC Report WASH-1255).

Mortezaei, A. 2012. “Seismic Behavior of Flanged Shear Wall Buildings Subjected to Near-fault Earthquakes Having Forward Directivity”. 15th World Conf. on Earthq. Eng., September 24-28, Lisbon, Portugal.

Newmark, N. M. and, Hall W. J. 1969. “Seismic Design Criteria for Nuclear Facilities”. Proc. of the 4th World Conf. on Earthq. Eng., Santiago de Chile, Vol. 2, pp. B-4-31.

Sabetta, F. and Pugliese, A. 1996. “Estimation of response spectra and simulation of nonstationary earthquake ground motions”. Bull. Seismol. Soc. Am. 86(2): 337-352.

Shome, N., Cornell, C. A., Bazzurro, P. and do Carballo, J. E. 1998. “Earthquakes, records, and nonlinear responses”. Earthq. Spectra 14(3): 469-500.

Stewart, J. P., Chiou, S. J., Bray, J. D., Graves, R. W., Somerville, P. G. and Abrahamson, N. A. 2001. “Ground motion evaluation procedures for performance-based design”. Soil Dyn. Earthq. Eng. 22: 765-772.