دانلود رایگان ترجمه مقاله پاسخ طولانی مدت ساختمان به زمین لرزه در منطقه خلیج سان فرانسیسکو – ۲۰۰۸

logo-4

دانلود رایگان مقاله انگلیسی پاسخ بلند مدت ساختمان به زلزله ها در منطقه خلیج سانفرانسیسکو به همراه ترجمه فارسی

 

عنوان فارسی مقاله پاسخ بلند مدت ساختمان به زلزله ها در منطقه خلیج سانفرانسیسکو
عنوان انگلیسی مقاله Long-Period Building Response to Earthquakes in the San Francisco Bay Area
رشته های مرتبط مهندسی عمران، سازه و زلزله
فرمت مقالات رایگان

مقالات انگلیسی و ترجمه های فارسی رایگان با فرمت PDF آماده دانلود رایگان میباشند

همچنین ترجمه مقاله با فرمت ورد نیز قابل خریداری و دانلود میباشد

کیفیت ترجمه کیفیت ترجمه این مقاله متوسط  میباشد 
مجله بولتن انجمن زلزله آمریكا – Bulletin of the Seismological Society of America
سال انتشار ۲۰۰۸
کد محصول F610

مقاله انگلیسی رایگان (PDF)

دانلود رایگان مقاله انگلیسی

ترجمه فارسی رایگان (PDF)

دانلود رایگان ترجمه مقاله

خرید ترجمه با فرمت ورد

خرید ترجمه مقاله با فرمت ورد
جستجوی ترجمه مقالات جستجوی ترجمه مقالات مهندسی عمران

  

فهرست مقاله:

چکیده
مقدمه
توصیف حرکات زمینی
ساختمان های MRF فولادی بیست طبقه
توصیف مدل های ساختمان
پاسخ مدل های ساختمان
ساختمان های با پایه و فونداسیون ایزوله شده
توصیف مدل های ساختمان

 

بخشی از ترجمه فارسی مقاله:

مقدمه
گسل سن آندریاس شمالی، منجر به وقوع زلزله ۱۹۰۶ سان فرانسیسکو شد. همین گسل منجر به بروز زلزله های مشابهی در آینده شده و اثرات زلزله مشابه در مناطق شهری مدرن غیر قطعی است. شهر سان فرانسیسکو و جوامع اطراف تفاوت معنی دار و قابل توجهی را از ۱۰۰ سال پیش داشته است. به طور اخص، مناطق شهری شامل ساختمان های بلند مدتی می باشد که تنها در طی دهه های اخیر ساخته شده اند. برای درک بهتر عملکرد احتمالی این ساختمان های بلند مدت در زلزله بعدی بزرگ سان فرانسیسکو، ما به مطالعه دو مثال از ساختمان های بلند مدت می پردازیم: قاب مقاوم خمشی ۲۰ طبقه ای، فولادی و جوش داده شده و ساختمان های با قاعده جدا.
تجربه، مثال های معدودی از پاسخ های قاب فولادی در زلزله های بزرگ ارایه می کنند. گزارش های ارزیابی مدرن و معاصر زلزله ۱۹۰۶ سان فرانسیسکو نشان می دهند که قاب های فولادی موجود در ۱۹۰۶ عملکرد بهتری در حرکات زمینی شدید( سول ۱۹۰۷، تربینر ۲۰۰۶) خوبی داشتند. با این حال، قاب های فولادی در ۱۹۰۶ متفاوت از قاب های مدرن می باشد. بلند ترین ساختمان در زلزله سان فرانسیسکو ۱۹۰۶، ساختمان کال در قاب مهار بند ۱۸ طبقه ای بوده و سول(۱۹۰۷) بیان داشته است که تنها ساختمان های قاب فولادی بلند تر بوده است. هم چنین، مهندسان ساختاری مدرن ، قادر به تولید MRF بلند مدت به جای قاب های خمشی فولادی کوتاه مدت می باشند که ۱۰۰ سال پیش پیشرفتی برای خود بوده است.( برای بحث فریم های قاب مدرن و تاریخی به هامبورک و نزیر ۲۰۰۳ مراجعه کنید). زیرا قاب های فولادی مدرن می تواند بلند تر باشد و دارای طرح های مدرن بوده است و از این روی استنباط عملکرد قاب های فولادی مدرن بر اساس پاسخ ۱۹۰۶ سخت می باشد. اگرچه یک زلزله بزرگ، قاب های فولادی را در صد سال پیش امتحان کرد، چندین مثال از پاسخ های قاب فولادی در زلزله های کوچک تر( همبورگر و نازیر ۲۰۰۳) ارایه شده است. به طور ویژه، ساختمان های قاب فولادی بزرگ، هیچ گونه آسیب را پس از بزرگی ۶٫۷ ریشتری نوتریج و ۱۹۹۵ بزرگی ۶٫۹ زلزله کوب نشان نداده است. با این حال، در زلزله نورتریج، بزرگ ترین جا به جایی زمین نزدیک ساختمان ۰٫۳۱ متر نزدیک به بیمارستان الایو ویو ثبت شد. سامرویل و همکاران ۱۹۹۵ ، حرکات زمینی را در هفت مکان ساختمانی ثبت و شبیه سازی کردند: جا به جایی های زمینی پویا زیر قاب های فلادی بزرگ کم تر از ۰٫۵ در زلزله کوب می باشد( موسسه تحقیقات ساختمانی ۱۹۹۶). به علاوه، تحقیقات مدرن، ساختمان های MRF فولاد پس از زلزله نورتریج نشان داده اند که بسیاری از جوش ها در مفاصل مقاومت خمشی موجود، شکننده می باشند( گیلانی ۱۹۹۷). پروژه فولادی SAC اسنادی را در این خصوص گزارش کنند( کراوینکلر ۲۰۰۰، رودر ۲۰۰۰). در این مطالعه، ما به بررسی پاسخ ساختمان های MRF با جوش های شکننده و انعطاف پذیر به حرکات زمینی قوی زمینی با جا به جایی های بزرگ می پردازیم.
به منظور پیش بینی پاسخ ساختمان های MRF در زلزله های بزرگ ، بسیاری از محققان از مدل های عددی استفاده می کردند. لوسو و کورنل(۲۰۰۰) به مطالعه اثر خرابی مفاصل تیر و ستون بر روی پاسخ لرزه ای مدل های ۳، ۹ و ۲۰ طبقه ای توسعه یافته توسط پروژه فولادی SAC پرداختند.محققان به این نتیجه رسیدند که برخی از بزرگ ترین حرکات زمینی موجب ایجاد رانش های بین طبقه ای بیش از ۱۰ درصد شده و یا موجب فروپاشی در مدل های ساختمانی ۲۰ طبقه ای با مفاصل شکننده شدند.
با این حال محققان فریم های جاذبه ای درونی و یا اتصالات برشی را در این مطالعه در نظر نگرفته اندف بلکه آن ها در یک مطالعه مجزا به این نتیجه رسیدند که استفاده از این ویژگی ها موجب کاهش رانش های بزرگ نظیر این پاسخ ها شد. گوپتا و کراینکلر(۲۰۰۰) از مدل های ساختمانی SAC بدون مکانیسم های تخریب برای پیش بینی پاسخ لرزه ای در سطوح خطر لرزه ای متفاوت استفاده کردند. در برخی از حرکات زمینی که نشان دهنده سطح تجاوز ۲ درصد در ۵۰ سال می باشند، محققان به تقاضا های رانش در مدل ساختمانی ۲۰ طبقه طراحی شده برای منطقه لس انجلس اشاره کردند. آن ها نتیجه گرفتند که پتانسیل عملکرد غیر قابل قبول ناچیز است. لی و فورت (۲۰۰۶)، جایگزین های مختلف را به صورت مدل های ساختمانی SAC با مقاومت های مختلف طراحی کردند. از تحلیل تاریخ چه زمانی غیر خطی، محققان به این نتیجه رسیدند که مدل های بیست طبقه، از ظرفیت رانش و تغییر بین طبقه ای از جمله مدل های با مقاومت بالاتر تجاوز کرده اند.
کریشنان و همکاران(۲۰۰۶) به مطالعه پاسخ یک نوع ساختمان در منطقه لس انجلس برای حرکات زمینی شیسه سازی شده از بزرگی فرضی ۷٫۹ شکستگی در گسل سن اندریاس شمالی پرداخته اند. آن ها از یک مدل ساختمانی سه بعدی برای مقایسه پاسخ های ساختمان های MRF فولادی ۱۸ طبقه ای طراحی شده برای ۱۹۸۲ و نیز کد های ساختمانی یکنواخت ۱۹۹۷ استفاده کردند. در شیه سازی ها، مدل های MRF، رانش های بزرگی را نشان دادند که تهدید کننده زندگی در بسیاری از مناطق لس انجلس است. این مطالعه موید کار های قبلی با مدل های ساختمانی ۲۰ طبقه ای ، حرکات زمینی بزرگ با مدل های ساختمانی ۲۰ طبقه ای و ارزیابی پاسخ های مدل ساختمانی در یک سطح منطقه ای نزدیک سان فرانسیسکو می باشد.
ساختمان های ایزوله شده ، نوع جدیدی از سازه های بلند می باشند که از ویژگی های آن ها وجود منطقه انعطاف پذیر در فونداسیونی است که از یک ابر سازه پشتیبانی می کند. با طراحی، فرکانس های طبیعی ابر سازه ها با فرکانس موثر سیستم ایزولاسیون مقایسه می شود. ایزولاسیون به طور معنی داری موجب کاهش ارتعاشات با فرکانس بالای یک ساختمان می شوند زیرا سطح ایزولاسیون، حرکات با فرکانس بالا را به ابر سازه انتقال نمی دهد.
نیرو های لره ای در یک ابر سازه ساختمانی برای یک ساختمان با پایه ایزوله شده به طور معنی داری کوچک تر از ساختمان مشابه بدون ایزولاترمی باشند. با این حال همه سیستم های ایزولاسیون دارای دامنه حرکت محدودی می باشند. با این حال همه سیستم های ایزولاسیون دارای دامنه حرکت محدودی می باشند. بسته به سیستم انفرادی، ساختمان با قاعده ایزوله شده می تواند اثرات بین دیواره های پی و ابر سازه تجربه کند(هیتون و همکاران ۱۹۹۵).
سیستم های ایزولاسیون پایه عملکرد بهتری در طی نورتریج ۱۹۹۴ و زلزل ۱۹۹۵ کوب(کلی ۲۰۰۴) داشتند و این در حالی است که هیچ گونه ساختمانی در مناطق نزدیک منبع برای این زلزله وجود ندارد. به علاوه، این زلزله ها تولید جا به جایی های زمین نسبت به زلزله ۱۹۰۶ سان فرانسیسکو کردند. یکی از اهداف این مطالعهف جا به جایی های ایزولاتور می باشد که می تواند در گسل سن اندریاس می تواند بهترین پیش بینی ها از رفتار ایزولاسیون ارایه کند و از این روی اطلاعاتی درخصوص این مدل ها ارایه نمی کند. در عوض، ما از تقریب معادل خطی سیستم ایزولاتور برای براورد جا به جایی ها در زلزله ها استفاده می کنیم.
کد ساختمانی بین المللی ۲۰۰۶ نیازمند یک تحلیل پویا برای طراحی سیستم های ایزولاسیون در منطقه خلیج فرانسیسکو می اشد. طراح بایستی تحلیل تاریخ پاسخ و طیف پاسخ را برای تعیین جا به جایی های ماکزیمم ایزولاتور در میان پارامتر های طراحی انجام دهد( شورای کد بین المللی ۲۰۰۶).هم چنین این کد تعیین می کند این جا به جایی پایین تر از مقادیر حداقل است. از این روی، پاسخ مدل به حرکات زمینی قادر به کنترل طراحی بوده و انتخاب حرکات بر طراحی اثر دارند. در صورتی که یک مهندس طراح از حرکات زمینی بزرگ تر از کد ساختمانی استتفاده کند، نیازمند یک سیستم با ظرفیت جا به جایی ایزولاتور نسبت به مهندسی که از حرکات کوچک تر استفاده می کند.
بحث های فعال در خصوص استفاده از حرکات زمینی منبع نزدیک وجود دارد که با پالش های جا به جایی بزرگ برای طرح همراه است( هال ۱۹۹۹، گلی ۱۹۹۹). جانگید و کلی(۲۰۰۱) بیان داشته اند که سیستم های ایزولاسیون پایه بایستی برای کاهش نتغییر محتوی در زلزله های متوسط و کاهش جا به جایی ایزولاتور در حرکات زمینی نوع پالس طراحی شده است. محققان وجود یک ایزولاتور بهینه را نشان داده اند که موجب کاهش تشدید ابر ساختار می شود. این میرایی بهینه موجب کاهش جا به جایی ایزولاتور نمی شود، زیرا جا به جایی ایزولاتور به طور یکنواخت با افزایش میرایی کاهش می یابد. ریان و کوپا(۲۰۰۴ ب) نتایج تحلیل غیر خطی سیستم ایزولاسیون پایه با روش خطی معادل ۲۰۰۰ IBC برای تعیین جا به جایی طارحی را مقایسه کردند. محققان پی برده اند که جا به جایی های ایزولاتور از روش خطی معادل، این موارد را از تحلیل غیر خطی تا ۲۰ تا ۵۰ درصد کم تر از مقدار واقعی براورد کردند. از این روی، جا به جایی طراحی حداقل مورد نیاز توسط کد برای حرکات زمینی قوی محافظه کار نمی باشد که مطابق با زلزله های متوسط می شود.
چون حرکات زمینی یا لرزه های اینده، غیر قطعی است، مهندسان ساختاری قادر به طراحی یک ساختمان برای حرکات زمینی خاص نیست که در دوره زندگی تجربه می شود. در عوض، مهندسان ساختاری بستگی به کد های ساختمانی برای تعریف انواع حرکات زمینی دارد که در آن ساختمان می تواند باقی بماند. طیف پاسخ طراحی بیانگر حرکات زمینی از رویداد هایی می شود که موجب برانگیخته شدن ساختمان ها در دوره زندگی می شود.
بر اساس طیف طراحی، مهندسان ساختاری قادر به تعیین نیرو های طراحی حداقل می باشد که ساختمان بایستی در برابر ان مقاومت کند. کد ساختمانی موید این است که زلزله های بزرگ در نزدیکی مناطق شهری رخ می دهد. ۲۰۰۶ ibc زلزله ماکزیمم را به صورت شدید ترین زلزله در این کد معرفی کرده و MCE را به صورت ۱٫۵ برابر طیف پاسخ طراحی تعریف می کند( شورای آیین نامه ساختمانی بین المللی ۲۰۰۶). در زلزله مطابق با MCE، مهندسان سازه بر این باورند که ساختمان ها قادر به مقاومت در برابر سازه ها و محتوی ساختمانی می باشد. با این حال، ساختمان ها قادر به فروپاشی در زلزله های زمینی ای می باشند که بیش از MCE است. طراحی MRF ها نظیر این مطالعه منطبق بر این فلسفه است. طراحی MRF هایی نظیر MRF های این مطابعه منطبق بر فلسفه است. طراحی ساختمان ها در منطقه خلیج سانفرانسیسکو مستلزم استفاده از حرکات زمینی منطبق بر MCE می باشد نه طیف طراحی استاندارد( موسسه مهندسی سازه، ۲۰۰۶). به این ترتیب، مهندسان سازه معمولا ساختمان هایی را طراحی کرده و بیان می دارند که یک رویداد غیر طبیعی بزرگ می تواند محدودیت های سیستم های مقاوم به نیرو های جانبی را جبران کند.
هدف این مطالعه پیش بینی پاسخ ساختمان های بلند مدت با سناریو ها و زلزله های فرضی در منطقه خلیج سانفرانسیسکو می باشد. ما از حرکات زمینی شبیه سازی شده برای ایجاد مدل های غیر خطی ساختمان های قاب مقاوم خمشی فولادی ۲۰ طبقه استفاده کردیم. ما ساختمان های MRF طراحی شده با دو مقاومت متفاوت و مدل سازی شده با جوش های شکننده و انعطاف پذیر را در نظر گرفته ایم. با استفاده از جا به جایی نسبت طبقه ای(IDR) به عنوان یک شاخص اندازه گیری عملکرد، مدل های ساختمانی سفت تر و مقاوم تر، عملکرد بهتری از طرح های با مقاومت پایین تر و انعطاف پذیر دارند. زلزله با بزرگی فرضی ۷٫۸ با مرکز زلزله شمال سان فرانسیسکو ایجاد حرکات زمینی شدیدی می کند. در این شبیه سازی، پاسخ های مدل های ساختمانی انعطاف پذیر تر و کم تر با جوش های شکننده بیش از IDR 2.5 درصد در ۵۴ درصد منطقه شهری در مقایسه با ۴٫۶ درصد منطقه شهری برای ساختمان های با مقاومت بالاتر با جوش های انعطاف پذیر می باشد. ما هم چنین حرکات زمینی برای پیش بینی جا به جایی ایزولاتور ماکزیمم ساختمان های ایزوله شده با مدل های درجه آزادی خطی استفاده می کنیم. برای دو سیستم ایزولاتور ۳ ثانیه ای موجود نزدیک سان فرانسیسکو، ماکزیمم جا به جایی طراحی ، ۰٫۵ متر بوده و شبیه سازی ما، جا به جایی های ایزولاتور را برای این نو سیستم بیش از ۰٫۵ در بسیاری از مناطق شهری می باشد. این مقاله نشان می دهد که یک زلزله بزرگ ۱۹۰۶ می تواند منجر به آسیب معنی دار در ساختمان های بلند مدت در منطقه خلیج سانفرانسیسکو شود.
تحلیل ما از برخی جهات دارای محدودیت هایی است. ما تنها زلزله های احتمالی بسیار بزرگ آینده را در نظر گرفته ایم. زلزله بزرگ سن اندریاس در اینده، متفاوت از سناریو های ما و نیز رویداد های فرضی می باشد. با این وجود این رویداد ها موجه هستند زیرا آن ها با دانش فعلی زلزله سان فرانسیسکو ۱۹۰۶ سازگار و منطبق می باشند. مطالعه ما به این دلیل محدود است که تنها مدل های ساختمانی ایده ال را در نظر می گیرد. ساختمان های در نظر گرفته شدهف ساختمان های اسیب پذیر در زلزله های ما نمی باشند. ما به این دلیل از این ساختمان ها استفاده کرده ایم که تحلیل آن ها قابل دسترس به ما می باشد. به علاوه، آن ها نمونه هایی از سازه های بسیار انعطاف پذیر می باشند. افزایش انعطاف پذیری ساختمان به محدود سازی تنش در ساختمان های تحت زلزله های بزرگ کمک می کند. با این حال سازه های به شدت انعطاف پذیر دفورماسیون های بزرگی را در حرکات زمینی بلند مدت تولید شده با زلزله های بزرگ غیر طبیعی ایجاد می کند.

بخشی از مقاله انگلیسی:

Introduction

The northern San Andreas fault produced the devastating 1906 San Francisco earthquake. The same fault may produce a similar earthquake in the future, and the consequences of a similar earthquake in a modern, urban area are uncertain. The city of San Francisco and surrounding communities are significantly different than they were 100 years ago. Specifically, urban areas now include long-period buildings that have been built only in the last several decades. To better understand the possible performance of these long-period buildings in San Francisco’s next great earthquake, we study the response of two examples of long-period buildings: 20- story, steel, welded moment-resisting frame (MRF) and baseisolated buildings. Experience provides few examples of steel-frame responses in great (magnitude >7:5) earthquakes. Contemporary and modern reconnaissance reports of the 1906 San Francisco earthquake conclude that the steel frames existing in 1906 performed well in the severe ground motions (Soulé, ۱۹۰۷; Tobriner, 2006). However, the steel frames in 1906 were markedly different than modern frames. The tallest building in 1906 San Francisco was the 18-story braced-frame Call Building, and Soulé (۱۹۰۷) notes only nine steel-frame buildings between nine and 12 stories; modern steel-frame buildings are often much taller. Also, modern structural engineers can choose longer-period, MRFs rather than the shorter-period, braced frames, which were state-ofthe-art 100 yr ago. (See Hamburger and Nazir (2003) for a brief discussion of historic and modern steel frames.) Because modern steel frames may be taller and have modern designs, it is difficult to infer the performance of modern steel frames based on the reported response of 1906 buildings. Whereas one great earthquake tested steel frames designed a century ago, there are several examples of modern steel-frame responses in smaller earthquakes (Hamburger and Nazir 2003). In particular, tall steel-frame buildings showed either repairable or no damage following both the 1994 magnitude 6.7 Northridge and 1995 magnitude 6.9 Kobe earthquakes. However, in the Northridge earthquake, the largest recorded ground displacement near a building was 0.31 m near the Olive View Hospital. Somerville et al. (1995) provide recorded and simulated ground motions at seven building sites; none of these ground motions exceeds 0.3 m. Dynamic ground displacements beneath tall steel frames were less than 0.5 m in the Kobe earthquake (Building Research Institute, 1996). Furthermore, investigations of modern, steel MRF buildings after the Northridge earthquake demonstrated that many welds in existing moment-resisting joints are brittle (Gilani, 1997). The SAC Steel Project reports document this widespread problem (e.g., Krawinkler, 2000; Roeder, 2000). In this study, we explore the response of MRF buildings with either ductile or brittle welds to strong ground motions with large displacements. To predict the response of MRF buildings in large and great earthquakes, many research engineers employ numerical models. Luco and Cornell (2000) studied the effect of beam-to-column connection failure on the seismic response of 3-, 9-, and 20-story building models developed by the SAC Steel Project. The authors found that some of their largest ground motions induced interstory drifts in excess of 10% or caused collapse in the 20-story building models with the brittle connections they studied. However, the authors did not include internal gravity frames or shear connections in this study, but they found in a separate study that including these features typically reduced large drifts like these responses. Gupta and Krawinkler (2000) used the same SAC building models with no deterioration mechanisms to predict the seismic response at several seismic hazard levels. In some of the ground motions that represent the hazard level of 2% exceedance in 50 yr, the authors noted large drift demands in the 20-story building model designed for the Los Angeles area. They conclude that “the potential for unacceptable performance is not negligible.” Lee and Foutch (2006) designed several alternatives to the SAC building models with various strengths. From a nonlinear time history analysis, the authors found that some 20-story models exceeded their interstory drift capacities, including models with higher strengths. Krishnan et al. (2006) studied the response of a common type of building in the Los Angeles area to simulated ground motions from hypothetical magnitude 7.9 ruptures on the southern San Andreas fault. They used a fully three-dimensional building model to compare the responses of 18-story steel MRF buildings designed to the 1982 and 1997 Uniform Building Codes (UBCs). In the simulations, the MRF models showed large drifts, which would threaten life safety in many areas of Los Angeles. The present study augments previous work by applying thousands of simulated, large ground motions to different 20-story building models and by evaluating the building model responses on a regional level near San Francisco. Base-isloated buildings are a relatively new type of long-period structure, characterized by a purposely built flexible zone in the foundation that supports a superstructure. By design, the natural frequencies of the superstructure are high compared to the effective frequency of the isolation system. Base isolation can significantly reduce highfrequency vibrations of a building because the isolation level does not transfer high-frequency motions to the superstructure. The seismic forces in a building’s superstructure are significantly smaller for a base-isolated building compared to an identical building without isolators. However, all isolation systems have a limited range of motion. Depending on the individual system, base-isolated buildings may experience impacts between foundation walls and the superstructure (Heaton et al., 1995). Base-isolation systems performed well during the 1994 Northridge and 1995 Kobe earthquakes (Kelly, 2004) although no base-isolated buildings were in the near-source areas for these earthquakes. Furthermore, these earthquakes produced much smaller ground displacements than those produced in the 1906 magnitude 7.8 San Francisco earthquake. One goal of this study is to estimate isolator displacements that might occur in a large San Andreas fault event like the 1906 San Francisco earthquake. Detailed models of isolation systems would provide the best predictions of isolator behavior, but we do not presently have such models. Instead, we use an equivalentlinear approximation of the isolator system to estimate the isolator displacements in our considered earthquakes. The 2006 international building code (IBC) requires a dynamic analysis to design base-isolation systems in the San Francisco Bay Area. The designer must perform response spectrum and response history analyses to determine the design and maximum displacements of the isolators, among other design parameters (International Code Council, 2006). The code also specifies that these displacements must not fall below minimum values. Thus, the model response to ground motions may control the design, and the choice of motions may affect the design. If a design engineer uses ground motions larger than those required by the building code, then he or she will call for a system with a larger isolator displacement capacity than an engineer who uses smaller motions. There has been active discussion on the use of near-source ground motions—characterized by a large displacement pulse—for design (e.g., Hall, 1999; Kelly, 1999). Jangid and Kelly (2001) stated that base-isolation systems should be designed primarily to minimize damage to contents (measured by superstructure acceleration) in moderate earthquakes and secondarily to minimize isolator displacement in large pulse-type ground motions. The authors showed the existence of an optimum isolator damping that minimizes superstructure accelerations. This optimum damping does not minimize isolator displacement because isolator displacement monotonically decreases with increasing damping. Ryan and Chopra (2004b) compared the results of a nonlinear analysis of base-isolation systems to the equivalent-linear procedure of the 2000 IBC used to determine the design displacement. The authors found that the isolator displacements from the equivalent-linear procedure underestimated those from the nonlinear analysis by 20%–۵۰% on average. Thus, the minimum design displacements required by the code were not conservative for the strong ground motions, consistent with moderate earthquakes, used in their study. Since the ground motions in future earthquakes are uncertain, structural engineers cannot design a building for the specific ground motions that it will experience in its lifetime. Instead, structural engineers rely on building codes to define the types of ground motions that buildings must safely survive. The design response spectrum represents ground motions from events that are deemed likely to excite buildings in their assumed lifetime. From the design spectrum, structural engineers determine the minimum design forces that buildings must withstand. The building code also acknowledges that unusually large earthquakes occur in or near urban areas. The 2006 IBC describes the maximum considered earthquake (MCE) as “the most severe earthquake effects considered in this code” and defines the MCE as 1.5 times the design response spectrum (International Code Council, 2006). In an earthquake consistent with the MCE, structural engineers acknowledge that buildings will sustain significant damage to structural systems and building contents. However, the buildings may collapse—either partially or totally—only in ground motions that exceed the MCE (Hamburger, 2003). The design of MRFs like the ones in this study is consistent with this philosophy. The design of baseisolated buildings in the San Francisco Bay Area requires the use of ground motions consistent with the MCE, not the standard design spectrum (Structural Engneering Institute [SEI], 2006). In this way, structural engineers design most buildings for likely earthquakes while acknowledging that a large, unusual event will test the limits of the lateral force resisting systems. The purpose of the study described in this article is to predict the response of some long-period buildings to scenario and hypothetical earthquakes in the San Francisco Bay Area. We apply ground motions from simulations of the 1989 Loma Prieta and large, northern San Andreas fault events (including the 1906 San Francisco earthquake) to steel MRF and base-isolated building models. We evaluate the effect on overall building performance of rupture direction, MRF building strength and weld state, and base-isolation system period and damping. We use response spectra to compare the spectral accelerations predicted in the magnitude 7.8 earthquakes to the 1994 UBC, 1997 UBC, and 2006 IBC design response spectra. This study continues the work of Hall and Challa (1995), Heaton et al. (1995), and Hall (1998) by considering long-period building response to recent simulations of ground motions from great earthquakes on a large geographical region. Our analysis is limited in several ways. We only consider a few realizations of possible future great earthquakes. The next great northern San Andreas earthquake will almost certainly be different than our scenario and hypothesized events. Nonetheless, these events seem plausible because they are compatible with the current understanding of the 1906 San Francisco earthquake. Our study is also limited because we only consider several idealized building models. The buildings we consider are likely not the most vulnerable buildings in our considered earthquakes. We choose these buildings because their analysis is presently accessible to us. Furthermore, they are examples of very flexible structures. Increasing a building’s flexibility can help to limit the stress in a building subjected to high-frequency ground motions, which may result from moderately sized earthquakes. However, extremely flexible structures may experience very large deformations in the large long-period ground motions produced by unusual great earthquakes.

 

 

ارسال دیدگاه

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *