This paper presents a comparative analysis of structural seismic responses under two types of ground motion inputs: (i) synthetic motions generated by stochastic spectral-compatible ground motion models and (ii) recorded motions from an earthquake database. Both ground motion datasets are calibrated to a shared target response spectrum to ensure consistent spectral median, variance, and correlation structure. Five key stochastic response metrics-probability distributions, statistical moments, correlations, tail indices, and variance-based global sensitivity indices-are systematically evaluated for two representative structures: a medium-period building and a limiting case of a long-period tower. The comparison accounts for uncertainties both from ground motion and structural parameters. The results reveal that synthetic motions closely replicate recorded motions in terms of global response behavior-including distributions, mean and variance, correlation structure, and dominant uncertainty sources-indicating their suitability for routine seismic design and parametric studies. However, substantial differences emerge in response extremes for long-period structures, particularly in metrics governed by rare events, such as higher-order moments and tail behavior. These differences, which often exceed 50%, can be attributed to the non-Gaussian features and complex characteristics inherent in recorded motions, which are less pronounced in synthetic datasets. The findings support the use of synthetic ground motions for evaluating global seismic response characteristics, while highlighting their limitations in capturing rare-event behavior and long-period structural dynamics.


翻译:本文对两种地震动输入下的结构地震响应进行了对比分析:(i) 由随机谱兼容地震动模型生成的合成地震动,以及(ii) 来自地震数据库的实测地震动。两种地震动数据集均校准至同一目标反应谱,以确保谱中值、方差及相关结构的一致性。针对两个代表性结构——一个中周期建筑和一个长周期塔的极限情况,系统评估了五个关键随机响应指标:概率分布、统计矩、相关性、尾部指数以及基于方差的全局敏感性指数。该比较考虑了地震动和结构参数的不确定性。结果表明,合成地震动在全局响应行为方面(包括分布、均值与方差、相关结构以及主要不确定性来源)能较好地复现实测地震动,表明其适用于常规抗震设计和参数化研究。然而,对于长周期结构,其响应极值(特别是由罕见事件主导的指标,如高阶矩和尾部行为)存在显著差异。这些差异(通常超过50%)可归因于实测地震动固有的非高斯特征和复杂特性,而这些特性在合成数据集中表现较弱。研究结果支持使用合成地震动评估全局地震响应特性,同时指出了其在捕捉罕见事件行为和长周期结构动力学方面的局限性。

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