Mohammad Rashid Salimi

Humans have faced natural disasters since the beginning of creation and have always sought ways to control these events and protect their lives from associated risks. Among these, earthquakes stand out as one of the most significant natural disasters, especially in the last century, making earthquake crisis management increasingly vital. In addition to strengthening structures, infrastructure, and critical lifelines, one of the key efforts of the engineering community to mitigate earthquake risks is the development of seismic design and retrofitting guidelines, standards, and technical criteria. In seismic standards such as Standard 2800 and some seismic loading codes, the design-level earthquake force is determined based on a uniform hazard approach. This approach uses a constant exceedance probability across all structural periods. The seismic hazard index in this method is calculated through probabilistic seismic hazard analysis (PSHA), utilizing the seismic history and earthquake catalog of the region. The results are applied to all structures in the area, regardless of their specific characteristics. However, despite the uniform seismic hazard across a region, this approach cannot ensure equal collapse risk for all structures. Consequently, in recent years, international seismic codes have shifted from the uniform hazard approach to target risk-based approaches, aiming to establish design-level earthquakes that ensure uniform risk. In this approach, the effects of different structural systems are incorporated into the calculations, and PSHA is conducted to achieve a consistent collapse probability for all structures in the region, regardless of their characteristics. Therefore, updating seismic loading codes is essential for achieving acceptable risk levels and optimizing structural designs. This thesis employs a risk-based probabilistic hazard analysis to calculate the seismic hazard index for a specific study area. The primary goal is to determine a uniform risk-based seismic index for designing concrete poles in power distribution networks, using Sanandaj County as a case study. In this study, the target risk-based seismic hazard index for power distribution network components in areas with risk levels II and III, as defined by ASCE7-22, is estimated for three vibration periods (PGA, 0.2 seconds, and 1 second) and three different standard deviations (0.375, 0.353, and 0.453) of the collapse capacity distribution. The results indicate no significant correlation between changes in collapse capacity uncertainty and variations in the seismic hazard index across different periods. This is attributed to the dependency of the seismic hazard index on the combination of hazard and fragility curves across different periods. To estimate the seismic index for the study area, the most critical collapse capacity uncertainty scenario was considered. The findings reveal that the target risk-based seismic hazard index is consistently lower than the uniform hazard index across the entire study area. Moreover, comparing the uniform risk approach results with the spectral acceleration values proposed by Standard 2800 for Sanandaj County shows that the Standard 2800 values are conservative in the north and northeast, while in the south and southwest, the spectral accelerations from Standard 2800 are lower than those corresponding to the uniform risk. Hence, the design of power distribution components in the southern and southwestern parts of the county requires reevaluation.

In most seismic design codes for buildings, including the Iranian Standard 2800, the maximum design basis acceleration is determined based on the uniform hazard approach. However, the recent trend in updating seismic codes emphasizes adopting a risk-based approach, known as risk-targeted design basis acceleration. Studies show that designing structures based on uniform seismic hazard indices results in varying probabilities of structural failure within a region and does not guarantee uniform seismic risks for them. Therefore, using earthquakes with specified return periods for designing structures creates different failure risks, even if these structures are designed for the same earthquake. This highlights the necessity of adopting a risk-targeted approach for updating seismic codes. One of the key steps in estimating risk-targeted seismic hazards is the precise estimation of the fragility parameters of engineering structures. In this research, the fragility parameters for a set of structural systems used in building design have been estimated. For this purpose, 10 reinforced concrete structures with a medium ductile moment-resisting frame system, designed according to the Iranian seismic loading code, were studied. To extract the fragility parameters, dynamic time-history analyses were conducted using analytical software for a set of pulse-like and non-pulse records. In this study, the effects of the design basis acceleration, pulse effects, and the period of structures (modeling variations in height and span widths) on the parameters of the fragility curve were examined. Since in risk-targeted seismic hazard analysis, fragility curves are determined using the standard deviation parameter of structural systems (β), the main focus of the research was on estimating this parameter. The findings show that the value of β in the fragility functions remains almost constant with changes in the design basis acceleration, which confirms the seismic codes' suggestion of providing a fixed standard deviation value for all seismic zones. Additionally, the effect of pulse records on β was negligible, but this parameter is sensitive to the period of the structure; in structures with longer periods, β takes on higher values. In this thesis, to investigate the effects of the calculated β parameter on the risk-targeted seismic hazard index, three different sites in Sanandaj city were evaluated. The results of these evaluations show that variations in β are more significant in short periods (less than 0.5 seconds) and have a greater impact on the region's acceleration spectrum.

Earthquake is one of the natural events that causes many human and financial losses in any period of time and also causes a lot of damage to buildings and main arteries. Recently, various methods have been used to improve the behavior of structures by reducing their dynamic response against earthquakes. An effective method in reducing the dynamic response of structures is the use of systems linked to the structure, of which yielding metal dampers are one of the most common. The functional mechanism of these dampers is in such a way that by creating elastic and plastic deformations, they consume a significant amount of input energy caused by dynamic lateral loading to the building. The performance of such members causes the input energy of other structural members to decrease and as a result, deformations remain in the elastic range. One of the common types of yielding metal dampers is the TADAS metal damper. In this type of damper, a number of triangular parts are used. The peculiarity of the triangular shape is that its materials reach the stage of yielding at the entire height. In this research, TADAS dampers have been used to improve the vibrations of weak structures at different levels of seismic risk. But in order for these structures to be able to satisfy the performance levels of ASCE 41 regulations after seismic improvement, achieving effective parameters to optimize the design of TADAS dampers added to the frames at different levels of seismic risk is required. Therefore, in order to achieve this goal, the time-duration dynamic analysis method has been used, which has a significant ability to reduce the necessary computational efforts at different seismic levels due to the nature of the increasing artificial records. The engineering path has always been in the direction of controlling and reducing damages caused by lateral loads to the structure. Therefore, TADAS dampers are among the passive control systems of the structure, in this study, six 7 and 15-story steel frames with medium bending frame system equipped with TADAS dampers were examined by time-duration method, then all the frames were subjected to the effect of far-field acceleration mapping and analyzed by Opensees software, and from the results, it was observed that by seismic improvement of frames with weak design by optimally designed TADAS dampers, the mentioned structures were able to reach the permissible limits Satisfy the regulations. In other words, it can be said that they were able to meet the functional levels of LS, IO and CP, respectively, for risk levels with an annual lapse of 50% in 50 years, BSE-1 and BSE-2.

Recognition and modeling of earthquake forces and their impact on structures have always been a focus of researchers over the years. In some loading codes and standards, such as Standard no.2800, a uniform hazard approach has been used for introducing seismic design ground motion for all structural response periods, referred to as the Uniform Hazard Approach. In this approach, the seismic risk index is calculated using the seismicity history of the region and by performing probabilistic seismic risk analysis calculations. These indices are used for all structures with different structural characteristics. According to this perspective, structures designed in a region with the same hazard, despite the uniform seismic hazard in the region, do not exhibit the same risk of failure. Therefore, in recent years, new concepts dominating valid international loading codes have moved towards risk-based approaches for introducing seismic design ground motions. In this new approach, the effects of different structural systems are also incorporated into the calculations, and probabilistic seismic risk analysis is performed with the goal of achieving a constant probability of exceedance for all structures in the region with different structural characteristics. Consequently, updating seismic loading codes to achieve an acceptable risk and optimize the design of engineering structures seems necessary. In this regard, this thesis attempts to calculate a seismic risk index (such as spectral acceleration) for a specific study area using a probabilistic risk-based analysis approach. The study area in this thesis is Tehran, the capital and largest city of Iran, located in proximity to active faults. In the process of calculating probabilistic seismic risk analysis based on the uniform risk approach, understanding the faults in the region and their impact on estimating future earthquakes is crucial. Most studies conducted in the field of riskbased hazard assessment have used classical methods that do not consider the effects of the near-fault area in estimating the seismic hazard curve. This results in underestimating the forces, especially for structures with high response periods. Therefore, in this research, considering Tehran's proximity to active faults, the effects of the near-fault area have been taken into account in the risk-based uniform risk calculations. Another important component in the uniform risk approach is selecting appropriate parameters for the seismic capacity of different structures in different seismic zones. In this thesis, the risk-based vulnerability index for buildings located in risk zones I and II, according to ASCE7-22, has been estimated for five different vibration periods and three different standard deviations for the log-normal distribution of the estimated seismic capacity. The results of these analyses indicate an increasing trend with the increase in uncertainty in the seismic capacity for each vibration period. Additionally, the results show that the changes in uncertainty in seismic capacity have a decreasing trend with an increase in the vibration period in the design spectral acceleration based on the risk-based approach. In this study, seismic zoning based on risk has also been estimated for buildings located in risk zones III and IV for two vibration periods of 0.2 and 1 second and standard deviations of 0.6 and 0.8.

In nonlinear dynamic structural analysis, a suite of pulse-like ground motions is required for the performance-based design of structures near active faults. The dissimilarity in the amplitude and frequency content of the earthquake time series referred to nonstationary properties in temporal and spectral, respectively. An approach is proposed based on the nonstationary properties of the far-field records and the seismological information in an event for simulating pulse-like records. The pulse-like earthquake time history is estimated via the superposition of the residual part of the earthquake with the estimated pulse. The wavelet-based Hilbert transform is utilized to characterize the nonstationary properties, the instantaneous amplitude, and frequencies of far-field records to model residual part. The effects of near-fault and pulse are estimated based on the seismological properties of the region. The validation of the procedure is indicated by comparing simulated time-series, response spectra, and Arias intensity with recorded pulse-like records in two different earthquakes in California; the Mw 6.7 1994 Northridge and the Mw 6.5 1979 Imperial valley

یکی از موضوعات مهم در مهندسی زلزله بر اساس عملکرد، برآورد دقیق آماره های پاسخ سیستم های غیرخطی تحت تحریک های لرزه ای شدید می باشد. در این مطالعه، اثرات حوزه نزدیک گسل مندرج در آیین نامه طراحی ساختمان ها در برابر زلزله (استاندارد 2800، ویرایش چهارم) روی پاسخ غیرخطی سیستم های یک درجه آزادی با رفتار هیسترزیس دوخطی بررسی می گردد. اثرات حوزه نزدیک در استاندارد 2800 تحت عنوان ضریب اصلاح طیفی "N" برای مناطق لرزه خیزی مختلف ارائه شده است. در این پژوهش ساختگاه سیستم های در نظر گرفته شده روی خاک های نوع دو و چهار و بر پهنه با لرزه خیزی خیلی زیاد فرض می گردد. جهت ارزیابی اثرات حوزه نزدیک روی پارامترهای معادل از روش خطی سازی آماری مرتبه سوم استفاده می شود. همچنین به منظور تخمین پاسخ سیستم های غیرخطی، روش های خطی سازی مرتبه دوم و سوم به کار برده شده اند. برای دستیابی به اهداف تحقیق، لازم است که تحریک ورودی به عنوان یک فرآیند تصادفی شبه مانا سازگار با طیف طراحی الاستیک هدف نمایش داده شود. در این راستا، از یک روش عددی موثر در حوزه فرکانس ارتعاشات تصادفی برای تعیین طیف توان سازگار با طیف پاسخ استفاده می شود. پس از محاسبه پارامترهای معادل مربوط به روش های خطی سازی، از تئوری ارتعاشات تصادفی (RVT) و تحلیل های تاریخچه زمانی (THA) خطی جهت محاسبه پاسخ سیستم های خطی معادل استفاده می گردد. به منظور اعتبارسنجی نتایج، مقادیر پاسخ به دست آمده از روش های خطی سازی معادل برای هر دو رویکرد THA) و (RVTبا نتایج تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی (NTHA) مقایسه می شوند. برای این منظور از 250 رکورد نامانای مصنوعی سازگار با دو حالت طیف هدف جهت ارائه برآوردهای مطلوب از بیشینه پاسخ سیستم های هیسترزیس دوخطی استفاده می شود. رکوردهای مصنوعی با استفاده از روش های شبیه سازی در زمینه ارتعاشات تصادفی با در نظر گرفتن توابع پوش و چگالی طیف توان مشخص تولید شده اند. با توجه به نتایج این مطالعه، روش خطی سازی مرتبه دوم از دقت کافی در برآورد پاسخ سیستم های غیرخطی تحت تحریک های شدید برخوردار نمی باشد. در روش خطی سازی مرتبه دوم با افزایش دوره تناوب، شکل پذیری و درجه غیرخطی سیستم ها، اختلاف بین نتایج سیستم خطی معادل و نتایج NTHA افزایش می یابد. از سوی دیگر، مطابقت مطلوب نتایج خطی سازی مرتبه سوم با نتایج NTHA ، نشان دهنده کارایی بالای این روش در تخمین پاسخ سیستم های غیرخطی تحت تحریکات حوزه نزدیک گسل می باشد.

پیش بینی زمین لرزه بر حسب مکان، زمان و بزرگا در مناطق لرزهخیز به خاطر پیچیدگی و درک ناقص از مکانیزم پدید آمدن این رویداد طبیعی همواره یکی از دغدغههای جامعه مهندسی بوده است. با این حال، امکان تخمین لرزهخیزی مناطق مختلف با استفاده از مدلهای تعینی و احتمالاتی فراهم می باشد. در این راستا ،روشهای گوناگونی به منظور تحلیل خطرپذیری لرزهای که هدف از آن تعیین احتمال بلند مدت رویداد زمین لرزه می باشد ،توسعه یافتهاند. اساس کار بیشتر روش های توسعه یافته ،مبتنی بر روش کلاسیک تحلیل خطر ارائه شده توسط کرنل و مکگایر می باشد که در آن تخمین شاخص خطرپذیری وابستگی شدید به انتخاب روابط کاهندگی مناسب دارند .از آنجا که انتخاب روابط کاهندگی مناسب از منابع اصلی بروز عدم قطعیتها در تخمین خطرپذیری یک ناحیه می باشد ،بنابراین توسعه روش های مستقل از این روابط منجر به تخمین دقیق تر خطرپذیری خواهند شد .به این منظور، در این پایان نامه روشی مبتنی بر مدیریت موجودی جهت تعیین خطرپذیری برای یک ساختگاه فرضی ارائه شده است. در روش تحلیل خطر مبتنی بر مدیریت موجودی ،دادههای مربوط به رخدادهای زمین لرزه به وسیلهی علم مدیریت موجودی به گونهای طبقهبندی می شود که عدمقطعیت مربوط به مرحله انتخاب رابطهی کاهندگی حذف خواهد شد و از طرف دیگر ،امکان تعیین خطرپذیری نسبت به معیارهای مختلف شدت امکان پذیرخواهدشد. در روش تحلیل خطر بر اساس مدیریت موجودی در انتخاب معیارشدت آزادی عمل بیشتری نسبت به سایر روش های تحلیل خطر وجود دارد .اما باید یک پایگاه دادهی قابلقبولی از نگاشتهای منطقه وجود داشته باشد بهگونهای که مناسب معیارشدت موردنظر باشد .از دیگر مزیتهای روش تحلیل خطر براساس مدیریت موجودی ارائه نگاشت های متنوع متناظر با سطوح مختلف لرزهای می باشد .در این روش بر خلاف سایر روش های تحلیل خطر ،نگاشت های متناظر با سطوح مختلف لرزه ای با استفاده از رویکرد تفکیک خطر لرزه ای به صورت مستقیم و بدون وابسته به روش های انتخاب رکورد ،از پایگاه داده های طبقه بندی شده استخراج خواهند شد .نتایج تحلیل خطر بدست آمده برای ساختگاه فرضی نشان می دهد که منحنی های خطر ترسیم شده بر اساس دو روش تحلیل خطر کلاسیک و تحلیل خطر براساس مدیریت موجودی ،تطابق خوبی با همدیگر دارند.

هدف از این پژوهش، توسعه منحنی شکست سازه ها بر مبنای قابلیت اطمینان، با به کارگیری رویکردهای احتمالاتی در برآورد پاسخ های غیرخطی تحت تحریکات تصادفی می باشد. به منظور ارزیابی احتمال خرابی سازه ها، رویکرد احتمال اندیشانه تحریکات شبیه سازی شده ی زمین با روش های ارتعاشات تصادفی ترکیب می گردد. فرمول بندی احتمال خرابی سازه ها با استفاده از تئوری ارتعاشات تصادفی و بر اساس اطلاعات محتوای فرکانسی تحریکات ورودی، نقش مهمی در ارزیابی سازه ها برای مناطقی که با کمبود رکوردهای ثبت شده مواجه هستند، ایفا می کند. در این مطالعه اثر محتوای فرکانسی زمین لرزه ها بر روی احتمال خرابی سازه ها برای سطوح مختلف رفتار غیرخطی سیستم های یک درجه آزادی، مورد بررسی قرار گرفته است. رکوردهای تولیدی براساس نتایج تحلیل خطر احتمالاتی برای یک منطقه ی فرضی شبیه سازی شده اند. نتایج به دست آمده نشان می دهد که سناریو مودال ارائه شده توسط تحلیل ریسک ممکن است با نتایج به دست آمده از تفکیک خطر لرزه ای متفاوت باشد. همچنین در این مطالعه، بر اساس مفاهیم تفکیک خطر لرزه ای و قابلیت اطمینان سازه ها، رویکرد تفکیک خطر نیاز لرزه ای سازه ها (DPSDA) توسعه داده شده است. خروجی DPSDA اطلاعاتی درباره ی رخدادهای مسبب در ارتباط با سطح عملکرد سازه ها را برای مهندسین فراهم می کند. نتایج DPSDAبرای سه حالت سناریوی مودال، بدترین سناریو و وزن دهی سناریوها بر اساس نتایج تفکیک خطر لرزه ای، محاسبه شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که احتمال فراگذشت سالیانه ی نیاز لرزه ای، متاثر از انتخاب سناریو می باشد. اما شکل کلی نتایج تفکیک خطر نیاز لرزه ای سازه ها در هر سه حالت در نظر گرفته شده، تقریباً یکسان می باشد.

در مهندسی سازه همواره با مسائلی که دربرگیرنده متغیرها و فرآیندهای تصادفی و غیرقابل پیش بینی می باشند، روبه رو هستیم. در این موارد تحلیل احتمالاتی به عنوان یک رویکرد منطقی در رویارویی با این مسائل می باشد. هدف این پایان نامه ارزیابی احتمالاتی پاسخ غیرخطی لرزه ای سیستم های SDOF با در نظر گرفتن رفتار دوخطی تابع سختی می باشد. پاسخ غیرخطی با استفاده از معادلات فوکر-پلانک مانا بدست می آید. معادلات فوکر-پلانک مانا برای سیستم های تحت تحریک نویز سفید گوسین جهت ارزیابی احتمالاتی پاسخ دینامیکی کاربرد دارد. عدم قطعیتهای موجود در بارهای محیطی، خصوصیات مصالح یا رواداری های ساخت و ساز ه می توانند بر روی پراکندگی پاسخ تاثیر بگذارند. در این مطالعه به ارزیابی اثر این عدم قطعیت ها بر روی پاسخ سازه های SDOF پرداخته شده است که این کار با استفاده از تحلیل حساسیت صورت گرفته است. روش های مختلفی جهت تحلیل حساسیت توسعه داده شده است که در این کار از روش تحلیل حساسیت بر مبنای تجزیه واریانس ها که از نوع تحلیل حساسیت کلی بشمار می رود، استفاده شده است. در تحلیل حساسیت بر مبنای واریانس از روش شبیه سازی مونت کارلو جهت ارزیابی پراکندگی پارامترها و تعیین شاخص حساسیت استفاده شده است. نتایج تحلیل حساسیت نشان می دهد که اثر عدم قطعیت پارامترهای تحریک ورودی دارای بیشترین اثر و عدم قطعیت پارمترهای مدل در پراکندگی پاسخ غیرخطی اثر قابل ملاحظه ای دارد.