Loading...
Influence of spectrum-compatible ground motions on nonlinear site response
Rosario-Pérez, Manuel E.
Rosario-Pérez, Manuel E.
Citations
Altmetric:
Abstract
Performing seismic wave transmission analysis is crucial to develop site-specific earthquake ground motions, especially in the nuclear industry to define the safe shutdown earthquake. The Nuclear Regulatory Commission specifies it in Appendix E of the 2007 Regulatory Guide 1.208 (R.G.1.208). Acknowledging the non-linear nature of the site response, emphasis is made on the selection of input ground motions because this has a significant impact on the amplification observed. When performing site response analyses, the use of recorded accelerograms or modified recorded ground motions is specified and fully synthetic motions are not allowed. This thesis investigates the influence of spectrum-compatible earthquake records on the site response of different soil deposits. Both 1-D frequency-domain equivalent-linear (EL) and time-domain nonlinear (NL) site response methods are applied to evaluate the response of four KiK-net stations. KiK-net is a large Japanese strong-motion network which consists of pairs of accelerographs installed deep in a borehole and on the ground surface. The site class of the KiK-net deposits selected for the study range from 𝘳𝘰𝘤𝘬 (B) to 𝘴𝘵𝘪𝘧𝘧 𝘴𝘰𝘪𝘭 (D) according to the NEHRP classification. Empirical (i.e. measured) data from the vertical arrays is used to characterize the response of each soil deposit. Differences on the response of the EL and NL methods are discussed and model limitations are pointed out. For the generation of the modified earthquake records, a uniform hazard response spectrum for generic rock in western USA is used as target and records are generated in compliance with R.G.1.208-Appendix F. A wavelet transform-based methodology is used to generate the spectrum-compatible records. Three batches of accelerograms are generated, each causing increasing soil response (elastic, intermediate, and nonlinear). Variability on the surface response spectra is investigated for each deposit and batch. The influence of seed-based spectrum-compatible earthquakes on the variability of site response is a topic of great interest as the ground accelerations obtained with such procedures are often used to perform seismic analyses of critical facilities and special structures. Enhancing the understanding of the inelastic demand imposed by these records on different soil deposits, and how this affects the variability of the seismic ground acceleration and its response spectra can help in the assessment of current procedures and in the development of future methods.
Para desarrollar terremotos específicos para un sitio es importante llevar a cabo un análisis de transmisión de ondas sísmicas, especialmente en la industria nuclear para definir el terremoto para parada segura. La Comisión Reguladora Nuclear especifica esto en el Apéndice E de la Guía Reguladora 1.208 (R.G. 1.208) del 2007. Reconociendo la naturaleza no-lineal de la respuesta de un sitio, se pone énfasis en la selección de registros de entrada ya que tienen un impacto significativo en la amplificación obtenida. Para efectuar un análisis de la respuesta de sitio se establece que se deben usar acelerogramas históricos o registros modificados; los terremotos completamente sintéticos no están permitidos. Esta tesis investiga la influencia de registros sísmicos compatibles a un espectro en la respuesta de diferentes depósitos de suelo. Tanto el método equivalente lineal (EL) unidimensional en el dominio de la frecuencia como el método no-lineal (NL) en el tiempo se aplican para evaluar la respuesta de cuatro estaciones de KiK-net. KiK-net es una gran red sísmica en Japón que consiste de estaciones con pares de acelerómetros instalados en el fondo de un barreno y en la superficie. Los depósitos de KiK-net seleccionados para este estudio varían desde 𝘳𝘰𝘤𝘢 (B) hasta 𝘴𝘶𝘦𝘭𝘰𝘴 𝘳í𝘨𝘪𝘥𝘰𝘴 (D) de acuerdo con la clasificación del NEHRP. Datos empíricos (i.e. medidos) de los arreglos verticales se usan para caracterizar la respuesta de cada depósito de suelo. Se discute la diferencia entre la respuesta obtenida por los métodos EL y NL, y se señalan sus limitaciones. Para la generación de los registros sísmicos modificados se utiliza como objetivo un espectro de respuesta con probabilidad de excedencia uniforme para diferentes frecuencias definido en roca para el oeste de Estados Unidos. Los registros son generados a base del Apéndice F de la R.G. 1.208. Una metodología basada en la transformada “wavelet” se usa para generar los registros compatibles. Se generan tres grupos de acelerogramas donde cada uno causa un incremento en la respuesta del suelo (elástico, intermedio, y no-lineal). Se investiga la variabilidad en la respuesta en la superficie para cada depósito de suelo y grupo de registros. La influencia de registros compatibles al espectro (basados en un registro semilla) en la variabilidad de la respuesta del sitio es un tema de gran interés ya que las aceleraciones obtenidas con tales procedimientos se utilizan a menudo para realizar el análisis sísmico de instalaciones críticas y estructuras especiales. Mejorar la comprensión de la demanda inelástica impuesta por estos registros en diferentes depósitos, y cómo se afecta la variabilidad de la aceleración del suelo y su espectro de respuesta puede ayudar en la evaluación de los procedimientos actuales, así como en el desarrollo de futuros métodos.
Para desarrollar terremotos específicos para un sitio es importante llevar a cabo un análisis de transmisión de ondas sísmicas, especialmente en la industria nuclear para definir el terremoto para parada segura. La Comisión Reguladora Nuclear especifica esto en el Apéndice E de la Guía Reguladora 1.208 (R.G. 1.208) del 2007. Reconociendo la naturaleza no-lineal de la respuesta de un sitio, se pone énfasis en la selección de registros de entrada ya que tienen un impacto significativo en la amplificación obtenida. Para efectuar un análisis de la respuesta de sitio se establece que se deben usar acelerogramas históricos o registros modificados; los terremotos completamente sintéticos no están permitidos. Esta tesis investiga la influencia de registros sísmicos compatibles a un espectro en la respuesta de diferentes depósitos de suelo. Tanto el método equivalente lineal (EL) unidimensional en el dominio de la frecuencia como el método no-lineal (NL) en el tiempo se aplican para evaluar la respuesta de cuatro estaciones de KiK-net. KiK-net es una gran red sísmica en Japón que consiste de estaciones con pares de acelerómetros instalados en el fondo de un barreno y en la superficie. Los depósitos de KiK-net seleccionados para este estudio varían desde 𝘳𝘰𝘤𝘢 (B) hasta 𝘴𝘶𝘦𝘭𝘰𝘴 𝘳í𝘨𝘪𝘥𝘰𝘴 (D) de acuerdo con la clasificación del NEHRP. Datos empíricos (i.e. medidos) de los arreglos verticales se usan para caracterizar la respuesta de cada depósito de suelo. Se discute la diferencia entre la respuesta obtenida por los métodos EL y NL, y se señalan sus limitaciones. Para la generación de los registros sísmicos modificados se utiliza como objetivo un espectro de respuesta con probabilidad de excedencia uniforme para diferentes frecuencias definido en roca para el oeste de Estados Unidos. Los registros son generados a base del Apéndice F de la R.G. 1.208. Una metodología basada en la transformada “wavelet” se usa para generar los registros compatibles. Se generan tres grupos de acelerogramas donde cada uno causa un incremento en la respuesta del suelo (elástico, intermedio, y no-lineal). Se investiga la variabilidad en la respuesta en la superficie para cada depósito de suelo y grupo de registros. La influencia de registros compatibles al espectro (basados en un registro semilla) en la variabilidad de la respuesta del sitio es un tema de gran interés ya que las aceleraciones obtenidas con tales procedimientos se utilizan a menudo para realizar el análisis sísmico de instalaciones críticas y estructuras especiales. Mejorar la comprensión de la demanda inelástica impuesta por estos registros en diferentes depósitos, y cómo se afecta la variabilidad de la aceleración del suelo y su espectro de respuesta puede ayudar en la evaluación de los procedimientos actuales, así como en el desarrollo de futuros métodos.
Description
Date
2014