برازش و تعیین پارامترهای مدل فرم بسته برای جنبش شدید زمین تحت رکوردهای نیرومند زلزله در حوزه نزدیک گسل

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته کارشناسی ارشد مهندسی زلزله

2 استادیار - هیات علمی دانشگاه خوارزمی دانشکده فنی و مهندسی

3 استاد - هیات علمی دانشگاه خوارزمی

چکیده

جنبش­های نیرومند زمین در حوزه نزدیک گسل دارای مشخصات خاصی بوده و تاریخچه زمانی این فرایندها می­تواند دارای پالس­های بزرگ با پریود بلند سرعت و نیز موجک­های تغییر مکان ­پایه با هر دو ماهیت استاتیکی و دینامیکی باشد. رکوردهای نیرومند ناشی از لرزش­ها و ارتعاشات شدید زمین در حوزه نزدیک گسل­های فعال، دارای قابلیت بالای آزادسازی انرژی و ایجاد جنبش­های نیرومند ضربه­ای و نیز توانایی شگرف در آشکارسازی پالس­های بزرگ در تاریخچه زمانی هستند. بر این پایه، در جهت شناخت و مفهوم­‌سازی جامع­تر جنبش­های نیرومند زمین در حوزه نزدیک گسل، می­توان مدل­های برازشی فرم بسته را با توجه به مشخصات ساختارهای موج­گونه در تاریخچه زمانی، رابطه­سازی نمود. در این مطالعه با تفسیر و کاربرد دو عبارت ترکیبی مثلثاتی، به موضوع مدل‌سازی ساختارهای موجی شکل موجود در تاریخچه زمانی رکوردهای حوزه نزدیک پرداخته شده است. عبارات مذکور، دارای قابلیت برازش شکل و ساختار پالس­های سرعت و شتاب هستند. همچنین، روند شبیه­سازی­های فرم بسته به گونه­ای انجام شده که علاوه‌بر برازش پالس­های موجود در رکورد شتاب و تاریخچه زمانی سرعت زمین، ساختارهای حاصله نیز دارای شباهت هر چه بیشتر با رکورد واقعی باشد. در همین راستا، پس از مدل­سازی پالس­های مذکور، دامنه تغییرات انرژی جنبشی حمل شده توسط رکورد واقعی و نیز نگاشت مصنوعی، محاسبه و با هم مقایسه شده‌اند. نتایج این تحقیق، نشان­گر قابلیت­های خوب و مؤثر کاربردی برای مدل برازشی فرم بسته است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

A parametric closed-form model for simulation of intensive ground motions caused by near-fault strong earthquake records

نویسندگان [English]

  • Mahshad Jamdar 1
  • Afshin Meshkat-Dini 2
  • Ali Ghanbari 3
1 Kharazmi University Tehran
2 Kharazmi University Tehran
3 Kharazmi University Tehran
چکیده [English]

Strong ground motions which recorded near an active fault, have specific physical characteristics. Moreover, the time history of strong a near-fault record evidently contains a large distinct pulse as well as high amplitude spikes in the form acceleration, velocity and displacement wave-like features. The strong near-fault ground motions have potential to release a great deal of energy and create powerful impact motion along with large period pulses in the velocity time history. In order to have a comprehensive understanding and conceptualization on the nature of strong near-fault ground motions caused by high-energy earthquakes, it is possible to develop analytical closed-form pulses and artificial wavelike motions to develop the computational viewpoints related to seismic response of structures.
In this study, the simulation and modeling of pulses displayed in the velocity time history of near-fault earthquake records are considered and evaluated analytically. The developed mathematical formulation has been completed based on the application of several compound trigonometric statements. It should be noted that the prepared mathematical formulation has the ability to fit the geometric shape and physical nature of velocity and acceleration pulses. The computational process of the proposed closed-shape formulation has been accomplished in such a way, not only to fit the distinct pulses in both of acceleration and velocity time histories, but also to be applicable in dynamic response analyses. In this regard, the range of kinetic energy flux variations obtained corresponding to both of the recorded ground motions and the fitted artificial motion model, have been calculated and compared.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Near-Fault Earthquake
  • Time history
  • Pulse Type Motion
  • Closed-Form Model
  • Kinetic energy
[1] میرعابدینی، م.، آق­آتابای، م، ”تغییرات فضایی پارامترهای فرکتالی در البرز مرکزی ایران“، علوم زمین خوارزمی، ج. 1، ش. 1، 1394.
[2] Singh, Jogeshwar P., "Earthquake ground motions: implications for designing structures and reconciling structural damage", Earthquake Spectra, 1985, Vol.1, no.2, pp.239-270.
[3] Rodriguez-Marek, Adrian, and Jonathan D. Bray, "Seismic site response for near-fault forward directivity ground motions", Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 2006, Vol.132, no.12, pp.1611-1620.
[4] Loh, Chin‐Hsiung, Zheng‐Kuan Lee, Tsu‐Chiu Wu, and Shu‐Yuan Peng, "Ground motion characteristics of the Chi Chi earthquake of 21 September 1999", Earthquake Engineering & Structural Dynamics, 2000, Vol.29, no.6, pp.867-897.
[5] Somerville, P.G., "Development of an improved representation of near fault ground motions", In SMIP98 Seminar on Utilization of Strong-Motion Data, 1998, Vol.15, p.1998.
[6] Somerville, P.G., and Robert Graves, "Conditions that give rise to unusually large long period ground motions", The Structural Design of Tall Buildings, 1993, Vol.2, no.3, pp.211-232.
[7] Somerville, P.G., “Engineering characterization of near-fault ground motions”, New Zealand Society for Earthquake Engineering, NZSEE Conference, 2005.
[8] Alavi, Babak, and Helmut Krawinkler, “Effects of near-field ground motion on building structures”, Consortium of Universities for Research in Earthquake Engineering, 2001.
[9] Mavroeidis, George P., and Apostolos S. Papageorgiou, "A mathematical representation of near-fault ground motions", Bulletin of the Seismological Society of America, 2003, Vol.93, no.3, pp.1099-1131.
[10] Vaez, S.R. Hoseini, M.K. Sharbatdar, G. Ghodrati Amiri, H. Naderpour, and A. Kheyroddin, "Dominant pulse simulation of near fault ground motions", Earthquake Engineering and Engineering Vibration, 2013, Vol.12, no.2, pp.267-278.
[11] Mimoglou, Petros, Ioannis N. Psycharis, and Ioannis M. Taflampas, "Determination of the parameters of the directivity pulse embedded in near-fault ground motions and its effect on structural response", In Computational Methods in Earthquake Engineering, Springer, Cham, 2017, pp.27-48, DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-319-47798-5_2.  
[12] Dabaghi, Mayssa, and Armen Der Kiureghian, "Simulation of orthogonal horizontal components of near‐fault ground motion for specified earthquake source and site characteristics", Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 2018, Vol.47, no.6, pp.1369-1393.
[13] Puglia, Rodolfo, Emiliano Russo, Lucia Luzi, Maria D’Amico, Chiara Felicetta, Francesca Pacor, and Giovanni Lanzano, "Strong-motion processing service: A tool to access and analyse earthquakes strong-motion waveforms", Bulletin of Earthquake Engineering, 2018, Vol.16, no.7, pp.2641-2651.
[14] Rupakhety, Rajesh, and Ragnar Sigbjörnsson, "Can simple pulses adequately represent near-fault ground motions?”, Journal of Earthquake Engineering, 2011, Vol.15, no.8, pp.1260-1272.
[15] Hemmat, Mehdi, Seyed Shaker Hashemi, and Mohammad Vaghefi, "Seismic evaluation of steel frames subjected to decaying sinusoidal records through IDA method", Journal of Seismology and Earthquake Engineering (JSEE), 2013, Vol.15, pp.207-222.
[16] Makris, Nicos, and Shih-Po Chang, "Response of damped oscillators to cycloidal pulses", Journal of Engineering Mechanics, 2000, Vol.126, no.2, pp.123-131.
[17] Menun, Charles, and Qiang Fu, "An analytical model for near-fault ground motions and the response of SDOF systems", In Proceedings of the 7th US National Conference on Earthquake Engineering, 2002, Vol.10.
[18] Standard No. 2800, Iranian Code of Practice for Seismic Resistant Design of Buildings, 4th Edition, Tehran, Iran, 2014.
[19] Wang, Zhenming, N. Seth Carpenter, Lifang Zhang, and Edward W. Woolery, "Assessing potential ground-motion hazards from induced earthquakes", Natural Hazards Review, 2017, Vol.18, no.4, DOI: 10.1061/(ASCE)NH.1527-6996.0000264. 
[20] Bradley, Brendon A., Didier Pettinga, Jack W. Baker, and Jeff Fraser, "Guidance on the utilization of earthquake-induced ground motion simulations in engineering practice", Earthquake Spectra, 2017, Vol.33, no.3, pp.809-835.
[21] Yaghmaei-Sabegh, Saman, "Frequency content parameters of the ground motions from the 2017 Mw 7.3 Ezgeleh earthquake in Iran", Natural Hazards, 2020, pp.1-17, DOI: https://doi.org/10.1007/s11069-020-03876-2
[22] Whitney, Reeves, "Quantifying near fault pulses using generalized Morse wavelets", Journal of Seismology, 2019, Vol.23, no.5, pp.1115-1140.