Ground motion record selection for displacementbased seismic design

Ground motion record selection for displacementbased seismic design C. Smerzini, C. Galasso*, I. Iervolino*, R. Paolucci Dipartimento Ingegneria Strutturale, Politecnico di Milano *Dipartimento Ingegneria Strutturale, Univ. Napoli Federico II

Selezione di accelerogrammi compatibili con spettri di spostamento obiettivo 2 Obiettivo: software REXEL-DISP per la selezione di accelerogrammi compatibili con uno spettro di spostamento obiettivo

Selezione di accelerogrammi compatibili con spettri di spostamento obiettivo 3 Principali risultati del lavoro SIMBAD: Selected Input Motions for displacement- Based Assessment and Design Definizione spettri obiettivo: definizione spettro da analisi di pericolosità a corto e lungo periodo Software REXEL-DISP v 1.1: esempi di applicazione

SIMBAD: Selected Input Motions for displacement- Based Assessment and Design 4 Criteri di selezione: a) 5 M W 7+; R epi 30 km; b) qualità a lungo periodo (f h 0.15 Hz); c) informazioni quantitative sulle condizioni di sito (V S30 ) Country Italy No. of records Japan 220 66 USA 53 Source K-NE KiK-net Ialian ACcelerometric Archive: IACA Center for Engineering Strong Ground Motion Data: CESMD PEER Strong Motion Database Website http://www.k-net.bosai.go.jp/ http://www.kik.bosai.go.jp/ http://itaca.mi.ingv.it/ http://strongmotioncenter.org/ http://peer.berkeley.edu/peer_ground_mo tion_database U.S. Geological Survey National Strong Motion Project: NSMP http://nsmp.wr.usgs.gov/ Europe 17 European Strong-Motion Data Base: ESMD http://www.isesd.hi.is/ New Zealand 15 Institute of Geological and Nuclear Sciences: GNS http://www.geonet.org.nz urkey 10 urkish National Strong Motion Project: -NSMP http://daphne.deprem.gov.tr Iran 3 Iran Strong Motion Network ISMN http://www.bhrc.ac.ir/ ot 384

SIMBAD: Selected Input Motions for displacement- Based Assessment and Design 5 Dipendenza dalle classi di sito Dipendenza regionale

Selezione di accelerogrammi compatibili con spettri di spostamento obiettivo 6 Principali risultati del lavoro SIMBAD: Selected Input Motions for displacement-based Assessment and Design Definizione spettri obiettivo: definizione spettro da analisi di pericolosità a corto e lungo periodo Software REXEL-DISP v 1.1: esempi di applicazione

Spettri obiettivo a lungo periodo 7 La selezione di accelerogrammi spettro-di-spostamento compatibili può essere effettuata sulla base dei seguenti spettri target: spettri di progetto definiti dalle Norme ecniche per le Costruzioni - NC08 (CS.LL.PP. 2008) e dall Eurocodice 8 EC8 (CEN, 2004); DSI - arget Displacement Spectrum for Italian sites: spettro di spostamento per siti italiani compatibile con la normativa sismica italiana a corto periodo e con i risultati delle analisi di pericolosità a lungo periodo ottenuti nell ambito del Progetto S5 DPC-INGV 2005-2007 (Faccioli & Villani, 2009)

Analisi di pericolosità a lungo periodo 8 D D 10 (ξ =0.05) R = 475 anni Da Progetto S5, DPC-INGV 2005-07

Analisi di pericolosità a lungo periodo 9 Spettri a Pericolosità Uniforme da Progetto S5 DPC-INGV 2005-07 20 UH spectrum (Brienza, PO) 16 DRS [cm] 12 8 4 D 2 π D10 maxpsv 0 0 2 4 6 8 10 [s]

10 ( ) > + < < < = F D F S C D F D S C D S F a NC see S F E F F c F E c E D C g D C C D η η η η π η α 10 10 10 10 2 2 0 4 08 ) ( A arget Displacement Spectrum for Italian Sites: DSI A arget Displacement Spectrum for Italian Sites: DSI Definizione spettro di spostamento broadband compatibile con le NC08 a corto periodo e con i risultati delle analisi PSHA a lungo periodo: 1 2 0 10 2 log 4 log = D C D g c F a C D π α α: fattore introdotto per garantire il raccordo fra corti (NC08) e lunghi periodi ( ) 375 0. 30 / 800 S V F = F: fattore di sito a lungo periodo (da S5) D 10, D da Progetto S5, mentre a g, η, S, Cc, F 0, C, E, F da NC08

A arget Displacement Spectrum for Italian Sites: DSI 11 Raccordo fra ordinate spettrali a corto periodo da NC08 ( C ) e ordinate spettrali a lungo periodo ( D )

A arget Displacement Spectrum for Italian Sites: DSI 12 α = 0.85-1.4: valori maggiori per le regioni a bassa sismicità (Piemonte, Lombardia,rentino), valori prossimi o leggermente inferiori all unità per le regioni ad alta sismicità (arco calabro, catena appennina centrale e meridionale)

A arget Displacement Spectrum for Italian Sites: DSI 13 Confronto con le ordinate spettrali da NC08 NC08 DSI MSD d max = 0.025 amax F0 = d g = 0.025 S a = 0.025 a max C D g C C D D MSD F = D 10 S d D F C C max = 10 0.375 ( 800 / V ) = 1.0 1. 9 = S30 A: V S30 = 800 m/s; B: V S30 = 580 m/s; C/E: V S30 = 270 m/s; D: V S30 = 140 m/s

A arget Displacement Spectrum for Italian Sites: DSI 14 Confronto con le ordinate spettrali da NC08 Classe di sito A DSI MSD d max = MSA amax S C F C NC08 DSI ( NC 08) D = a / g 4 + 1.6 g

A arget Displacement Spectrum for Italian Sites: DSI 15 Fattori di sito rapporto fra ordinate spettrali per classe di sito C rispetto a classe di sito A NC08 DSI

A arget Displacement Spectrum for Italian Sites: DSI 16 Confronto con ordinate spettrali da NC08 Udine - SLV Aquila - SLV

Selezione di accelerogrammi compatibili con spettri di spostamento obiettivo 17 Principali risultati del lavoro SIMBAD: Selected Input Motions for displacement-based Assessment and Design Definizione spettri obiettivo: definizione spettro da analisi di pericolosità a corto e lungo periodo Software REXEL-DISP v 1.1: esempi di applicazione

Software REXEL-DISP v 1.1 (beta) 18 Aquila: selezione di 7 accelerogrammi non scalati compatibili con il DSI ( R = 475 anni, classe di sito B)

Software REXEL-DISP v 1.1 (beta) 19 Aquila: selezione di 7 accelerogrammi non scalati compatibili con il DSI ( R = 475 anni, classe di sito B) 1.5 =10 s, PR=475 anni 1 0.5 0 0 1020 30 4050 60 7080 90 R [km] 100 epi 7.3 6.46.77 6.2 4.8 5 5.35.65.9 M W Wave Station Earthquake Epicentral Date Mw ID ID Name Distance [km] 412 LPCC Christchurch 2011_February_21 6.30 4 329 AI_049_BNG Bingol 2003_May_01 6.30 11.8 418 RHSC Christchurch 2011_February_21 6.30 12 51 FKO006 NW Off Kyushu 2005_March_20 6.60 26 397 S_24087 Northridge 1994_January_17 6.70 10 148 BGI Irpinia 1980_November_23 6.90 21.8 390 S_89005 Petrolia 1992_April_25 7.00 11 mean: 6.6 13.8

Software REXEL-DISP v 1.1 (beta) 20 Aquila: selezione di 7 accelerogrammi scalati compatibili con il DSI ( R = 975 anni, classe di sito B) Nota: fattore di scala medio < 1.5

Software REXEL-DISP v 1.1 (beta) 21 Aquila: selezione di 7 accelerogrammi scalati compatibili con il DSI ( R = 975 anni, classe di sito B)

Software REXEL-DISP v 1.1 (beta) 22 Aquila: selezione di 30 accelerogrammi scalati e non scalati compatibili con il DSI ( R = 475 anni, classe di sito B) Nota: fattore di scala medio < 2

Software REXEL-DISP v 1.1 (beta) 23 Aquila: selezione di 30 accelerogrammi scalati e non scalati compatibili con il DSI ( R = 475 anni, classe di sito B) scalati (SFmean < 2.0) NON scalati

Software REXEL-DISP v 1.1 (beta) 24 Dipendenza dallo spettro obiettivo (Aquila, R = 475 anni, NC08 vs DSI) δ avg = 11% δ max = 26% δ avg = 6% δ max = 27%

Software REXEL-DISP v 1.1 (beta) 25 Dipendenza dalla sismicità (Aquila vs Udine, R = 475 anni, DSI) δ avg = 6% δ max = 27% δ avg = 9% δ max = 28%

Software REXEL-DISP v 1.1 (beta) 26 Compatibilità broadband (Aquila, R = 475 anni, DSI) δ avg = 8%

Indicazioni pratiche per l utilizzo l di REXEL-DISP 27 ype of application Search for 7 one- or twocomponent displacementspectrum compatible accelerograms Search for displacementspectrum compatible individual records Search for 30 displacementspectrum compatible accelerograms Hints - preference to unscaled records - use of wide magnitude and distance intervals (e.g., default values: 5-7 and 0-30 km) and any site class (due to the limited number of records on some soil types in the SIMBAD database) - ensure spectral matching over a rather broad range of vibration periods (e.g., default values: 0.5-8 s) - when searching for scaled records the use of limited magnitude and distance range is found to be more feasible. - preference to unscaled records - use of wide magnitude and distance intervals (e.g., default values: 5-7 and 0-30 km) and any site class - limit spectral compatibility to relatively small period ranges (e.g., 1-3 s) - preference to unscaled records when selecting 30 one-component records but the use of scale factors is advisable when searching for 30 two-component records. - use of wide magnitude intervals (e.g., default values: 5-7) and any site class - ensure spectral matching over a rather broad range of vibration periods (e.g., default values: 0.5-8 s) - when searching for scaled records the use of limited magnitude and distance range is found to be more feasible.

Osservazioni conclusive 28 la ricerca per accelerogrammi non scalati risulta preferibile per motivi di tempo, semplicità e affidabilità dei segnali sismici di output; la ricerca su ordinate spettrali a lungo periodo porta naturalmente a selezionare accelerogrammi corrispondenti alle magnitudo e distanze modali, con buoni risultati in termini di deviazione spettrale media, senza specificare intervalli ristretti di M e R nè introdurre fattori di scala; ricerca di una compatibilità broadband selezionando ampi intervalli di periodi di vibrazione (e.g., 0.5-8 s); è possibile ottenere accelegrammi non scalati che soddisfino una compatibilità spettrale a larghissima banda (very broadband), permettendone, quindi, l utilizzo in analisi sia a corto che a lungo periodo.