Effects of high frequency ground motion spectra in the seismic response of squat RC walls

Abstract

Recent regulations in the nuclear industry have imposed the consideration of high frequency ground motion effects in the construction and evaluation of nuclear power plants. The uniform hazard spectra used for Central and Eastern United States (CEUS) hard rock sites have changed due to these recent regulations. Typical ground motion response spectrum at CEUS rock sites has high frequency content as opposed to a typical design spectral shape. The dominant spectral amplification values in the CEUS spectrum tend to be reached in the 20-40 Hz range while in typical design ground motion spectrum for nuclear power plant facilities these values are reached in a lower frequency range (2-10 Hz). The purpose of this investigation is to study the seismic response of squat reinforced concrete (RC) walls subjected to seismic ground motions with response spectra having acceleration amplifications in the high frequency zone. Three nonlinear models of squat RC walls are analyzed considering three different typical ground motion response spectrums with spectral amplifications varying in the high frequency range. Incremental dynamic analyses are performed to these walls subjected to acceleration time histories compatible with the selected spectra in order to analyze the effects of the high frequency content in their seismic response. An exhaustive evaluation is performed considering several performance indicators at different damage levels such as displacements, drifts, spectral accelerations at fundamental periods, and base shears. The spectrum that has dominant spectral acceleration amplification values toward the highest frequency range tend to produce the lowest drifts or the less demand in the wall specimens considered in this research.

Las recientes regulaciones de la industria nuclear han impuesto la consideración de los efectos de las altas frecuencias en los sismos en las construcciones y evaluaciones de plantas nucleares. Los espectros utilizados para la parte Central y Este de los Estados Unidos han cambiado debido a las recientes regulaciones. Los espectros típicos de respuesta de los sismos en la parte Central y Este de E.U. tienen contenido de altas frecuencias opuesto a la forma de los espectros típicos de diseño. Las amplificaciones dominantes de los espectros tienden a alcanzarse en el rango de 20 a 40Hz mientras que en los espectros típicos de diseño para las facilidades nucleares estos valores son alcanzados a frecuencias más bajas (2-10Hz). El propósito de esta investigación es estudiar la respuesta sísmica de paredes en concreto reforzado sujetas a sismos cuyos espectros de respuesta tienen amplificaciones de aceleración en la zona de alta frecuencia. Tres modelos no lineales de paredes en concreto reforzado son analizados considerando tres espectros diferentes típicos de respuesta con amplificaciones espectrales variando en el rango de altas frecuencias. Análisis dinámicos incrementales se realizan para estas paredes sometidas a historiales de aceleración en el tiempo compatibles con los espectros seleccionados con el fin de analizar los efectos del contenido de altas frecuencias en su respuesta sísmica. Una evaluación exhaustiva se realiza teniendo en cuenta varios indicadores de rendimiento a diferentes niveles de daño, tales como desplazamientos, derivas, aceleraciones espectrales en períodos fundamentales y cortante basal. El espectro que tiene valores de amplificación de aceleración espectral dominante hacia el rango de altas frecuencias tiende a producir las derivas más bajas o la menor demanda en los especímenes de pared considerados en esta investigación.