model manual

43
Open Library of Models in Rt Under Development Latest update: December 11, 2012

Upload: mol-choy

Post on 20-Apr-2017

231 views

Category:

Documents


4 download

TRANSCRIPT

Page 1: Model Manual

Open  Library  of  Models  in  Rt

Under  Development  Latest  update:  December  11,  2012  

Page 2: Model Manual

Overview  

•  Occurrence  –  Poisson  Pulse  Process  

•  Hazard  –  Earthquake  

•  Magnitude  –  Moment  Magnitude  –  Bounded  ExponenIal  Magnitude  

•  LocaIon  –  Single  Line  Source  –  MulIpoint  Line  Source  –  Rectangular  Area  Source  –  Quadrilateral  Area  Source  –  Circular  Area  Source  –  Polygonal  Area  Source  

•  Intensity  –  Generic  AQenuaIon  –  Joyner  Boore  1981  Intensity  –  Atkinson  1997  Intensity  –  Atkinson  Boore  2003  Intensity  –  Boore  Atkinson  2008  Intensity  

–  Wind  •  Simple  Wind  Velocity  •  Simple  Wind  Pressure  

–  Snow  •  Simple  Snow  Load  

•  Infrastructure  –  St  –  Building  InformaIon  –  Building  Response  –  Simple  DeterioraIon  

•  Consequence  –  Damage  

•  Simple  Damage  Curve  •  FEMA-­‐NIBS  Bridge  Damage  •  Building  Damage  •  Visual  Damage  

–  Economic  •  Simple  Building  Repair  Cost  •  FEMA-­‐NIBS  Building  Repair  Cost  •  Regional  Loss  •  Building  Repair  Cost  •  DiscounIng  

–  Environmental  •  Detailed  Energy  Building  •  Coarse  Energy  Building  •  Detailed  Water  Usage  Building  •  Coarse  Water  Usage  Building  •  Detailed  Global  Warming    PotenIal  •  Coarse  Global  Warming    PotenIal  

•  External  So\ware  –  OpenSees  –  EMME  

•  Generic  Models  –  Algebraic  Expression  –  Random  Variable  with  Random  Parameters  –  Root  Finding  –  Script  

Rt  is  a  framework  for  uIlizing  mulIple  probabilisIc  models  in  conjuncIon  with  reliability  analysis.  ApplicaIons  for  this  approach  includes  modern  performance-­‐based  analysis  and  risk  assessment.  A  variety  of  models  are  under  development  and  several  models  are  already  available.  The  list  below  provides  the  overview  of  the  currently  available  models,  with  details  on  the  following  pages.  (Please  note:  the  input  to  all  models  should  be  given  as  parameter  objects,  unless  otherwise  noted.)  

Page 3: Model Manual

Poisson  Pulse  Process  

•  LocaIon  in  tree  –  Model>Occurrence  

•  DDM  sensiIviIes  –  No  

•  Model  form:  –  This  model  produces  the  Ime  instants  at  which  a  hazard  occurs  

•  Input:  –  Magnitude  Model  =  magnitude/severity  model  associated  with  the  

hazard  

–  Associated  Model  List  =  list  of  any  other  models  associated  with  this  hazard  that  should  not  be  evaluated  when  the  hazard  is  inacIve,  e.g.,  a  locaIon  model  

–  Nonzero  Occurrence  Rate  =  occurrence  rate  of  the  events  with  nonzero  intensity  (given  as  a  real  number)  

–  Mean  DuraIon  =  mean  duraIon  of  events    (given  as  a  real  number)  

–  Time  Instant  GeneraIon  Scheme  =  method  of  Ime  generaIon.  The  “Exact”  opIon  generates  the  Ime  instants  according  to  the  occurrence  rate  of  the  underlying  process.  The  “Approximate”  opIon  will  generate  the  Ime  instants  according  to  the  nonzero  occurrence  rate.  

•  Output:  –  This  model  does  not  generate  response  objects.  Rather,  it  provides  

the  generated  Ime  instants  to  the  orchestraIng  algorithm.  

Page 4: Model Manual

Moment  Magnitude  

•  LocaIon  in  tree  –  Model>Hazard>Earthquake>Magnitude  

•  DDM  sensiIviIes  –  Yes  

•  Model  form:  

•  Input:  –  G  =  shear  modulus,  typically  30.109  N/m2  

–  A  =  rupture  area  in  m2  

–  D  =  rupture  displacement  in  m  –  θ1  =  model  parameter,  typically  2/3  –  θ2  =  model  parameter,  typically  10.7  –  ε  =  model  error  

•  Output  (automaIcally  generated  generic  response  object):    –  M  =  magnitude  

M = θ1 ⋅ log10 G ⋅ A ⋅D ⋅107( )"Seismic Moment"

−θ2 + ε

Page 5: Model Manual

Bounded  ExponenIal  Magnitude  

•  LocaIon  in  tree  –  Model>Hazard>Earthquake>Magnitude  

•  DDM  sensiIviIes  –  Yes  

•  Model  form:    –  The  basis  for  this  model  is  the  following  PDF:    

 

A  standard  normal  random  variable,  θ,  is  given  to  the  model,  and  transformed  according  to  the  probability-­‐preserving  transformaIon  F(m)=Φ(y),  where  F(m)  is  the  CDF  corresponding  to  the  given  PDF,  to  obtain  the  corresponding  outcome  of  M.    

•  Input:  –  Mmin  =  lower  magnitude  bound  –  Mmax  =  upper  magnitude  bound  

–  β  =  model  parameter,  usually  in  the  range  of  1  to  2  –  θ  =  a  standard-­‐normal  random  variable  –  ε  =  model  error  

•  Output  (automaIcally  generated  generic  response  object):    –  m  =  magnitude  

( )( )

min

maxmin max

min

exp( ) for

1 expm M

f m M m MM M

ββ

β ⋅ − ⋅ −⎡ ⎤⎣ ⎦= ≤ ≤− − ⋅ −⎡ ⎤⎣ ⎦

Page 6: Model Manual

Single  Line  Source  

•  LocaIon  in  tree  –  Model>Hazard>Earthquake>LocaIon  

•  DDM  sensiIviIes  –  Yes  

•  Model  form:    –  This  model  produces  a  locaIon  on  a    

straight  line  between  Point1  and  Point  2;    typically  an  earthquake  fault  

•  Input:  –  Point  1  LocaIon=  locaIon  object  for  one  end  of  the  line  –  Point  2  LocaIon=  locaIon  object  for  the  other  end  of  the  line  –  θ  =  value  between  0  and  1  that  defines  the  output  locaIon,  

typically  a  random  variable  uniformly  distributed  between  0  and  1  

–  Depth  =  depth  of  the  output  locaIon,  in  km  

•  Output    (automaIcally  generated  generic  response  object):    –  LocaIon  object  carried  by  a  locaIon  response  object  

Point  1  

Point  2  

θ  

Output  locaIon  

Page 7: Model Manual

MulIpoint  Line  Source  

•  LocaIon  in  tree  –  Model>Hazard>Earthquake>LocaIon  

•  DDM  sensiIviIes  –  No  

•  Model  form:    –  This  model  produces  a  locaIon  on  a    

mulI-­‐linear  line  between;    typically  an  earthquake  fault  

•  Input:  –  Point  LocaIon  List  =  locaIon  objects  that  define  the  line  –  θ  =  value  between  0  and  1  that  defines  the  output  locaIon,  

typically  a  random  variable  uniformly  distributed  between  0  and  1  

–  Depth  =  depth  of  the  output  locaIon,  in  km  

•  Output    (automaIcally  generated  generic  response  object):    –  LocaIon  object  carried  by  a  locaIon  response  object  

Point  1  

Point  2  θ  

Output  locaIon  

Point  3  

Point  4  

Point  5  

Page 8: Model Manual

Rectangular  Area  Source  

•  LocaIon  in  tree  –  Model>Hazard>Earthquake>LocaIon  

•  DDM  sensiIviIes  –  Yes  

•  Model  form:    –  This  model  produces  a  locaIon  within  a  rectangular  area  that  is  

defined  by  two  diagonal  corner  points.  The  sides  of  the  area  align  with  Earth’s  laItudes  and  longitudes.    

•  Input:  –  Point  1  LocaIon=  locaIon  object  for  one  corner  of  the  area  –  Point  2  LocaIon  =  locaIon  object  for  the  diagonally  opposite  

corner  –  θ1  =  value  between  0  and  1  that  defines  the  output  longitude,  

typically  a  random  variable  uniformly  distributed  between  0  and  1  –  θ2  =  value  between  0  and  1  that  defines  the  output  laItude,  

typically  a  random  variable  uniformly  distributed  between  0  and  1  –  Depth  =  depth  of  the  output  locaIon,  in  km  

•  Output    (automaIcally  generated  generic  response  object):    –  LocaIon  object  carried  by  a  locaIon  response  object  

Output  locaIon  

θ1  

θ2  Point  1  

Point  2  

Page 9: Model Manual

Quadrilateral  Area  Source  

•  LocaIon  in  tree  –  Model>Hazard>Earthquake>LocaIon  

•  DDM  sensiIviIes  –  No  

•  Model  form:    –  This  model  produces  a  locaIon  within  a  quadrilateral  area  that  is  

defined  by  three  corner  points.  The  fourth  corner  point  will  be  automaIcally  considered  to  produce  a  parallelogram.  

•  Input:  –  Point  1  LocaIon=  locaIon  object  for  one  corner  of  the  area  –  Point  2  LocaIon  =  locaIon  object  for  another  corner  of  the  area  –  Point  3  LocaIon  =  locaIon  object  for  another  corner  of  the  area  –  θ1  =  value  between  0  and  1,  typically  a  random  variable  uniformly  

distributed  between  0  and  1  –  θ2  =  value  between  0  and  1,  typically  a  random  variable  uniformly  

distributed  between  0  and  1  –  Depth  =  depth  of  the  output  locaIon,  in  km  

•  Output    (automaIcally  generated  generic  response  object):    –  LocaIon  object  carried  by  a  locaIon  response  object  

Output  locaIon  

Point  1  

Point  3  

Point  2  

θ2  

θ1  

Page 10: Model Manual

Circular  Area  Source  

•  LocaIon  in  tree  –  Model>Hazard>Earthquake>LocaIon  

•  DDM  sensiIviIes  –  Yes  

•  Model  form:    –  This  model  produces  a  locaIon  within  a  circular  area  that  is  defined  

by  the  centre  point  

•  Input:  –  Centre  LocaIon  =  locaIon  object  for  the  centre  of  the  source  –  Rmin  =  minimum  radius  of  the  source  (given  as  a  real  number)  –  Rmax  =  maximum  radius  of  the  source  (given  as  a  real  number)  –  θ1  =  value  between  0  and  1  that  defines  the  locaIon  alongside  the  

radius,  typically  a  random  variable  uniformly  distributed  between  0  and  1  

–  θ2  =  value  between  0  and  1,  typically  a  random  variable  uniformly  distributed  between  0  and  1  

–  Depth  =  depth  of  the  output  locaIon  in  km  

•  Output  (automaIcally  generated  generic  response  object):    –  LocaIon  object  carried  by  a  locaIon  response  object  

Output  locaIon  

Centre  locaIon  

θ2  

θ1  

Rmax  

Rmin  

Page 11: Model Manual

Polygonal  Area  Source  

•  LocaIon  in  tree  –  Model>Hazard>Earthquake>LocaIon  

•  DDM  sensiIviIes  –  Yes  

•  Model  form:    –  This  model  produces  a  locaIon  within  a  polygonal  area  that  is  

defined  by  the  a  of  points.  

•  Input:  –  Boundary  LocaIon  List  =  locaIon  objects  that  define  the  polygon  –  θ1  =  value  between  0  and  1  that  defines  the  output  laItude,  

typically  a  random  variable  uniformly  distributed  between  0  and  1  –  θ2  =  value  between  0  and  1  that  defines  the  output  longitude,  

typically  a  random  variable  uniformly  distributed  between  0  and  1  –  Depth  =  depth  of  the  output  locaIon  in  km  

•  Output  (automaIcally  generated  generic  response  object):    –  LocaIon  object  carried  by  a  locaIon  response  object  

Point  1  Point  2  

Point  3  

Point  4  

Point  5  

Point  6  

Point  7  θ1  

Output  locaIon  θ2  

Page 12: Model Manual

Generic  AQenuaIon  

•  LocaIon  in  tree  –  Model>Hazard>Earthquake>Intensity  

•  DDM  sensiIviIes  –  Yes  

•  Model  form:    –  This  model  produces  an  intensity  at  specified  locaIons  for  given  

magnitude  and  hypocentre  locaIon  of  several  earthquake  sources  as  input  

•  Input:  –  Structure  LocaIon  List  =  list  of  locaIons  where  the  intensity  will  be  

computed  (the  output  will  give  as  many  intensity  values  as  locaIons  provided  here)  

–  Magnitude  List  (M)  =  magnitudes  of  various  earthquake  sources  –  Hypocentre  LocaIon  List  =  hypocentre  locaIons  of  earthquake  

sources,  which  automaIcally  will  yield  the  radius  R  to  the  various  output  locaIons  

–  θ1  =  model  parameter,  typically  1.02  (Joyner  &  Boore)  –  θ2  =  model  parameter,  typically  0.249  (Joyner  &  Boore)  –  θ3  =  model  parameter,  typically  1  (Joyner  &  Boore)  –  θ4  =  model  parameter,  typically  0.00255  (Joyner  &  Boore)  –  ε  =  model  error  

•  Output  (automaIcally  generated  generic  response  object):    –  I  =  intensiIes  (as  many  as  the  locaIons  in  the  input)  

I = 10−θ1+θ2⋅M−θ3⋅log10 ( R)+θ4⋅R+ε

Page 13: Model Manual

Joyner  Boore  1981  Intensity  

•  LocaIon  in  tree  –  Model>Hazard>Earthquake>Intensity  

•  DDM  sensiIviIes  –  Yes  

•  Model  form:    –  This  model  produces  the  peak  ground  acceleraIon  at  specified  

locaIons  for  given  magnitude  and  hypocentre  locaIon  input,  based  the  Joyner-­‐Boore  (1981)  aQenuaIon  relaIon  

•  Input:  –  M  =  magnitude  –  α =  1,  typically  a  normal  random  variable  with  unit  mean  –  β  =  1,  typically  a  normal  random  variable  with  unit  mean  –  b  =  1,  typically  a  normal  random  variable  with  unit  mean  –  ε  =  model  error  –  Hypocentre  LocaIon  =  locaIon  of  the  hypocentre,  which  

automaIcally  will  yield  the  radius  R  to  the  various  output  locaIons  –  Structure  LocaIon  List  =  list  of  locaIons  where  the  intensity  will  be  

computed  (the  output  will  give  as  many  intensity  values  as  locaIons  provided  here)  

•  Output  (automaIcally  generated  generic  response  object):    –  PGA  =  peak  ground  acceleraIons  (as  many  as  the  locaIons  in  the  

input)  

PGA = 10−1.02α+0.249β⋅M−log10 ( R)+b⋅R+0.26ε

Page 14: Model Manual

Atkinson  Boore  2003  Intensity  

•  LocaIon  in  tree  –  Model>Hazard>Earthquake>Intensity  

•  DDM  sensiIviIes  –  No  

•  Model  form:    –  This  model  produces  the  spectral  acceleraIon  or  the  peak  ground  acceleraIon  at  

specified  locaIons  for  given  magnitude  and  hypocentre  locaIon  of  several  earthquake  sources  as  input  ,  based  the  Atkinson-­‐Boore  (2003)  aQenuaIon  relaIon  

•  Input:  –  Magnitude  List  =  magnitudes  of  various  earthquake  sources  –  Hypocentre  LocaIon  List  =  hypocentre  locaIons  of  earthquake  sources,  which  

automaIcally  will  yield  the  radius  R  to  the  various  output  locaIons  –  ε  =  model  error  –  Event  Type  =  type  of  the  earthquake  event  that  can  be  either  Interface  or  In-­‐slab  –  Response  Type  =  type  of  the  response  than  can  be  either  Sa  or  PGA  –  Smoothness  =  “Smoothed”  opIon  will  smooth  the  kinks  in  the  model  and  the  

“Original”  opIon  will  use  the  model  as  is  –  Period  List  =  List  of  the  natural  periods  at  which  the  intensity  is  evaluated  –  Structure  LocaIon  List  =  list  of  locaIons  where  the  intensity  will  be  computed  

(the  output  will  give  as  many  intensity  values  as  locaIons  provided  here)  –  Shear  Wave  Velocity  List  =  list  of  the  shear  wave  velociIes  at  the  specified  

locaIons  

•  Output  (automaIcally  generated  generic  response  object):    –  Earthquake  intensiIes  (as  many  as  the  locaIons  in  the  input)  

Page 15: Model Manual

Boore  Atkinson  2008  Intensity  

•  LocaIon  in  tree  –  Model>Hazard>Earthquake>Intensity  

•  DDM  sensiIviIes  –  No  

•  Model  form:    –  This  model  produces  the  spectral  acceleraIon,  peak  ground  acceleraIon,  or  peak  

ground  velocity  at  specified  locaIons  for  given  magnitude  and  hypocentre  locaIon  of  several  earthquake  sources  as  input  ,  based  the  Boore-­‐Atkinson  (2008)  aQenuaIon  relaIon  

•  Input:  –  Magnitude  List  =  magnitudes  of  various  earthquake  sources  –  Hypocentre  LocaIon  List  =  hypocentre  locaIons  of  earthquake  sources,  which  

automaIcally  will  yield  the  radius  R  to  the  various  output  locaIons  –  ε  =  model  error  –  Fault  Type  =  fault  mechanism  that  can  be  either  Unspecified,  Normal-­‐slip,  Strike-­‐

slip,  or  Reverse-­‐slip  –  Response  Type  =  type  of  the  response  than  can  be  either  Sa,  PGA,  or  PGV  –  Smoothness  =  “Smoothed”  opIon  will  smooth  the  kinks  in  the  model  and  the  

“Original”  opIon  will  use  the  model  as  is  –  Period  List  =  List  of  the  natural  periods  at  which  the  intensity  is  evaluated  –  Structure  LocaIon  List  =  list  of  locaIons  where  the  intensity  will  be  computed  

(the  output  will  give  as  many  intensity  values  as  locaIons  provided  here)  –  Shear  Wave  Velocity  List  =  list  of  the  shear  wave  velociIes  at  specified  locaIons  

•  Output  (automaIcally  generated  generic  response  object):    –  Earthquake  intensiIes  (as  many  as  the  locaIons  in  the  input)  

Page 16: Model Manual

Simple  Wind  Velocity  

•  LocaIon  in  tree  –  Model>Hazard>Wind  

•  DDM  sensiIviIes  –  No  

•  Model  form:    –  This  model  produces  wind  velocity  according  to  a  Gumbel  

distribuIon  with  parameters  that  are  based  on  characterisIc  wind  velociIes  

•  Input:  –  θ  =  a  standard-­‐normal  random  variable  –  V10  =  1-­‐in-­‐10-­‐year  wind  velocity  –  V10  =  1-­‐in-­‐50-­‐year  wind  velocity  

•  Output  (automaIcally  generated  generic  response  object):    –  V  =  wind  velocity  

Page 17: Model Manual

Simple  Wind  Pressure  

•  LocaIon  in  tree  –  Model>Hazard>Wind  

•  DDM  sensiIviIes  –  No  

•  Model  form:    

•  Input:  –  ρ  =  air  density  –  V  =  wind  velocity  –  Ce  =  exposure  factor  –  Cg  =  gust  factor  –  Cp  =  external  pressure  factor  –  ε  =  model  error  

•  Output  (automaIcally  generated  generic  response  object):    –  q  =  wind  pressure  

212 e g pV C Cq Cρ ε= ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅

Page 18: Model Manual

Simple  Snow  Load  

•  LocaIon  in  tree  –  Model>Hazard>Snow  

•  DDM  sensiIviIes  –  No  

•  Model  form:    

•  Input:  –  dp  =  peak  seasonal  snow  depth    –  t  =  current  Ime,  typically  a  Time  parameter  –  ms  =  start  month  of  the  snow  season  (given  as  a  real  number)  –  me  =  end  month  of  the  snow  season  (given  as  a  real  number)  –  ε  =  model  error  –  ρ  =    snow  density  

•  Output  (automaIcally  generated  generic  response  object):    –  d  =  snow  depth  –  q  =  snow  load  per  unit  area  

1 sin 22 2

s

e

p

s

d t mdm m

q d

ππ ε

ρ

⎛ ⎞⎛ ⎞−= ⋅ + ⋅ − ⋅⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟−⎝ ⎠⎝ ⎠= ⋅

Page 19: Model Manual

St  

•  LocaIon  in  tree  –  Model>Infrastructure  

•  DDM  sensiIviIes  –  Not  yet  

•  Model  form:    –  This  is  a  3D  linear  elasIc  structural  analysis  program  with  truss,  frame,  

and  2D  element.  All  elements  can  be  placed  in  any  orientaIon  in  space.  For  more  details,  please  see  the  webpage  on  St  linked  at  the  Rt  page.    

•  Input:  –  St  Input  File  =  the  absolute  path  to  the  structural  model.  This  file  should  

be  pre-­‐checked  by  running  St  first.  A  note  on  the  use  of  Parameters:  In  St  the  Constant  Parameter  is  available  and  can  be  used  to  give  the  value  of  material,  geometry,  and  load  variables.  When  running  the  structural  analysis  as  a  model  in  Rt,  these  input  parameters  can  also  be  random  variables,  decision  variables,  and  even  responses  from  other  models.  To  do  this,  create  those  parameters  in  Rt  BEFORE  you  give  the  St  Input  File  path.  Use  the  same  names  of  the  random  variables,  etc  as  the  parameter  names  used  in  the  St  input  file.      

–  List  of  responses,  for  example                Node2.YDisplacementResult  ;    Element5.End2ZZMomentResult  

•  Output  (automaIcally  generated  generic  response  objects):    –  Response  objects  corresponding  to  the  list  provided  in  the  last  item  of  

the  input  

Page 20: Model Manual

Building  InformaIon  

•  LocaIon  in  tree  –  Model>Infrastructure  

•  DDM  sensiIviIes  –  No  

•  Model  form:    –  This  model  is  a  database  of  building  informaIon.  The  model  is  passed  to  

any  other  model  that  needs  the  building  informaIon.  

•  Input:  –  LocaIon  =  locaIon  of  the  building  –  Time  of  construcIon  =  a  Ime  object  signifying  the  construcIon  Ime  –  Load  Bearing  System  –  Material  –  Number  of  Storeys  =  list  of  the  number  of  storeys  with  the  same  storey  

area  –  Footprint  Area  =  list  of  the  area  of  the  storeys  specified  above  –  Plan  Shape  –  IPI    =  Plan  Irregularity  –  IVI  =  VerIcal  Irregularity  –  ISS  =  So\  Storey  –  IO  =  Opening  –  ISC  =  Short  Column  –  IP  =  Pounding  –  RetrofiQed  –  Basement  –  Balcony  

•  Output:  –  This  model  does  not  generate  any  responses  

Page 21: Model Manual

Building  Response  

•  LocaIon  in  tree  –  Model>Infrastructure  

•  DDM  sensiIviIes  –  No  

•  Model  form:    

•  Input:  –  Building  InformaIon  Model  =  a  Building  InformaIon  Model  object  that  returns  the  

height,  H,  and  the  code  level,  α,  to  this  model  –  Period  InformaIon  =  a  Constant  object  that  will  take  the  value  of  the  natural  period  

of  the  building  –  Sa  =  5%-­‐damped  elasIc  spectral  acceleraIon  at  the  building  site  at  the  natural  

period  of  the  building  –  θ1  –  θ8  =  sub-­‐model  parameters  –  θ9  –  θ15  =  peak  dri\  raIo  model  parameters  –  σ1  =  standard  deviaIon  of  the  peak  dri\  raIo  model  error  –  ε1  =  peak  dri\  raIo  model  error  –  θ16  –  θ21  =  peak  acceleraIon  model  parameters  –  σ2  =  standard  deviaIon  of  the  peak  acceleraIon  model  error  –  ε2  =  peak  acceleraIon  model  error  

•  Output  (automaIcally  generated  generic  response  object):    –  δp  =  peak  dri\  raIo  –  Ap  =  peak  acceleraIon  

21exp( )T H θθ ⋅= − ( ) ( ) ( )

3 4

2 2 1exp

8HV

α αθ θ

+ − ⋅ −− − ⋅ ⋅=

δ y =T 2

4π 2 ⋅V ⋅ gH

( ) ( )6

5

10 2 1)exp

1(

6H θ α α

µ θ − + − ⋅ −⋅ ⋅=

δu = µ ⋅δ y ( )87exp Sa θκ θ α −− ⋅ ⋅=

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )9 10 11 12 13 14 15 1 1ln ln ln ln ln lnp y u V Sa Saδ δ δθ θ θ θ κ θ θ θ σ ε= + − −⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ − + ⋅+ +

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )16 17 18 19 20 21 2 2ln ln ln ln ln lnp yA V Saθ θ θ µ θ κ θ θδ σ ε= − + −⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ − + ⋅+ +

Page 22: Model Manual

Simple  DeterioraIon  

•  LocaIon  in  tree  –  Model>Infrastructure  

•  DDM  sensiIviIes  –  No  

•  Model  form:    

•  Input:  –  t=  Time  object  –  r  =  annual  deterioraIon  rate  

•  Output  (automaIcally  generated  generic  response  object):    –  α  =  deterioraIon  factor  

( )exp r tα = − ⋅

Page 23: Model Manual

Simple  Damage  Curve  •  LocaIon  in  tree  

–  Model>Consequence  

•  DDM  sensiIviIes  –  Yes  

•  Model  form:  Sine  curve  from  θ1  to  θ2    

•  Input:  –  I  =  intensity  –  Imin  =  intensity  at  which  the  damage  factor  exceeds  0.0  –  Imax  =  intensity  at  which  the  damage  factor  reaches  1.0  –  ε  =  mulIplicaIve  model  error  

•  Output  (automaIcally  generated  generic  response  object):    –  η  =  Damage  raIo  

Intensity  

η  

0.0  

1.0  

Imin   ε·Imax  

( )minmax min

1 12sin

2II

I Iπ πη

ε⎛ ⎞

− − +⎜⎛ ⎞

= ⋅⎜ ⎟⎜ ⎟⋅ −⎝ ⎝ ⎠⎟⎠

Page 24: Model Manual

FEMA-­‐NIBS  Bridge  Damage  

•  LocaIon  in  tree  –  Model>Consequence  

•  DDM  sensiIviIes  –  No  

•  Model  form:    –  This  model  produces  the  damage  raIo  and  the  percent  funcIonal  

for  a  bridge  subjected  to  the  ground  shaking  and  the  permanent  ground  deformaIon  based  on  the  HAZUS  (FEMA-­‐NIBS  2003)  approach  

•  Input:  –  Bridge  Type  =  type  of  the  bridge  according  to  FEMA-­‐NIBS  –  Sa1  =  5%-­‐damped  elasIc  spectral  acceleraIon  at  the  period  of  1.0s  

at  the  bridge  site  –  Sa2  =  5%-­‐damped  elasIc  spectral  acceleraIon  at  the  period  of  0.3s  

at  the  bridge  site  –  Time  =  number  of  days  elapsed  since  the  earthquake  event  –  Number  of  Spans  (given  as  an  integer)  –  Angle  of  Skew  =  angle  between  the  centerline  of  a  pier  and  a  line  

normal  to  the  roadway  centerline    (given  as  a  real  number)  –  PGD  =    permanent  ground  deformaIon  –  Bridge  Length  (given  as  a  real  number)  –  Span  Width  (given  as  a  real  number)  –  Model  Uncertainty  =  a  standard-­‐normal  random  variable  

•  Output  (automaIcally  generated  generic  response  object):    –  Damage  RaIo  –  Percent  FuncIonal  

Page 25: Model Manual

Building  Damage  

•  LocaIon  in  tree  –  Model>Consequence  

•  DDM  sensiIviIes  –  No  

•  Model  form:    

•  Input:  –  Building  InformaIon  Model  =  a  Building  InformaIon  Model  object  that  returns  the  height,  

H,  the  code  level,  α,  and  the  irregularity  informaIon,  I(.),    to  this  model  –  δp  =  peak  dri\  raIo  –  Ap  =  peak  acceleraIon  –  θ1  –  θ9  =  structural  damage  model  parameters  –  σ1  =  standard  deviaIon  of  the  structural  damage  model  error  –  ε1  =  structural  damage  model  error  –  θ10  –  θ11  =  non-­‐structural  dri\  damage  model  parameters  –  σ2  =  standard  deviaIon  of  the  non-­‐structural  dri\  damage  model  error  –  ε2  =  structural  damage  model  error  –  θ12  –  θ13  =  non-­‐structural  acceleraIon  damage  model  parameters  –  σ3  =  standard  deviaIon  of  the  non-­‐structural  acceleraIon  damage  model  error  –  ε3  =  non-­‐structural  acceleraIon  damage  model  error  –  θ14  –  θ15  =  content  damage  model  parameters  –  σ4  =  standard  deviaIon  of  the  content  damage  model  error  –  ε4  =  content  damage  model  error  

•  Output  (automaIcally  generated  generic  response  object):    –  ηS  =  structural  damage  raIo    –  ηND  =  non-­‐structural  dri\  damage  raIo    –  ηNA  =  non-­‐structural  acceleraIon  damage  raIo    –  ηC  =  content  damage  raIo    

( ) ( )( ) ( )1 2 3 4 5 6 7 1 18 9ln ln expS p VI PI SS SC PH I I I I Iη θ δ θ θ α θ θ θ θ θ θ σ ε=Φ ⋅ + ⋅ − ⋅ + ⋅ ⋅ + ⋅ + ⋅ + ⋅ + ⋅ + ⋅

( )( )10 1 2 21lnND pη θ δ θ σ ε=Φ ⋅ + + ⋅

( )( )12 13 3 3lnNA pAη θ θ α σ ε=Φ ⋅ − ⋅ + ⋅

( )( )1 44 15 4lnC pAη θ θ α σ ε=Φ ⋅ − ⋅ + ⋅

Page 26: Model Manual

Visual  Damage  

•  LocaIon  in  tree  –  Model>Consequence  

•  DDM  sensiIviIes  –  No  

•  Model  form:    –  This  model  produces  the  total  crack  length  in  a  shear  wall.  The  

model  form  reads  

•  Input:  –  lw  =  length  of  the  wall  –  δ  =  dri\  raIo  –  hw  =  height  of  the  wall  –  P  =  axial  force  –  fc  =  concrete  compressive  strength  –  Ag  =  gross  cross-­‐secIonal  area  –  ρlw  =  flexural  reinforcement  raIo  in  the  web  –  θ1  =  model  parameter  –  θ2  =  model  parameter  –  θ3  =  model  parameter  –  θ4  =  model  parameter  –  σ  =  standard  deviaIon  of  the  model  error  –  ε  =  model  error  

•  Output  (automaIcally  generated  generic  response  object):    –  lcrack  =  total  crack  length  

lcrack

lw

= θ1 ⋅δ +θ2 ⋅hw

lw

+θ3 ⋅P

fc ⋅ Ag

+θ4 ⋅ ρlw +σ ⋅ε

Page 27: Model Manual

Simple  Building  Repair  Cost  

•  LocaIon  in  tree  –  Model>Consequence  

•  DDM  sensiIviIes  –  Yes  

•  Model  form:    

•  Input:  –  η    =  damage  raIo,  typically  between  0  and  1  –  N  =  number  of  storeys  (given  as  an  integer)  –  A  =  footprint  area  of  the  building  (given  as  a  real  number)  –  C  =  cost  of  repair  per  unit  area,  perhaps  around  $2,000/m2  

–  ε  =  model  error  

•  Output  (automaIcally  generated  generic  response  object):    –  l  =  loss  due  to  the  repair  Cost  

l N A Cη ε= ⋅ ⋅ ⋅ +

Page 28: Model Manual

FEMA-­‐NIBS  Building  Repair  Cost  

•  LocaIon  in  tree  –  Model>Consequence  

•  DDM  sensiIviIes  –  No  

•  Model  form:    –  This  model  produces  the  repair  cost  of  a  building  subjected  to  

ground  shaking  based  on  the  HAZUS  (FEMA-­‐NIBS  2003)  approach  

•  Input:  –  Building  Type  =  type  of  the  building  based  on  FEMA-­‐NIBS  –  Occupancy  Class  =  occupancy  class  based  on  FEMA-­‐NIBS  –  Code  Design  Level  =  code  level  based  on  FEMA-­‐NIBS  –  Sa1  =  5%-­‐damped  elasIc  spectral  acceleraIon  at  the  period  of  

1.0s  at  the  building  site  –  Sa2  =  5%-­‐damped  elasIc  spectral  acceleraIon  at  the  period  of  

0.3s  at  the  building  site  –  Magnitude  =  earthquake  moment  magnitude  –  Number  of  Storeys  (given  as  an  integer)  –  Footprint  Area  (given  as  a  real  number)  

•  Output  (automaIcally  generated  generic  response  object):    –  Repair  Cost  

Page 29: Model Manual

Regional  Loss  

•  LocaIon  in  tree  –  Model>Consequence  

•  DDM  sensiIviIes  –  No  

•  Model  form:    

•  Input:  –  Boundary  LocaIon  List  =  list  of  locaIon  objects  of  corner  points  of  the  region  –  Centroid  LocaIon  =  a  locaIon  object  that  will  take  the  region’s  centroid  coordinates  –  Sa1  =  5%-­‐damped  elasIc  spectral  acceleraIon  at  the  period  of  1.0s  at  the  region’s  

centroid  –  Sa2  =  5%-­‐damped  elasIc  spectral  acceleraIon  at  the  period  of  0.3s  at  the  region’s  

centroid  –  Ck  =  unit  area  cost  list  for  different  zones  within  the  region  –  Ak  =  area  raIo  list,  that  is  the  raIo  of  different  zone  areas  to  the  total  area  of  the  

region  –  t  =  Time  object  –  r  =  annual  interest  rate  –  θ1k  =  list  of  θ1  model  parameters  for  different  zones  within  the  region  –  θ2k  =  list  of  θ2  model  parameters  for  different  zones  within  the  region  –  θ3k  =  list  of  θ3model  parameters  for  different  zones  within  the  region  –  θ4k  =  list  of  θ4  model  parameters  for  different  zones  within  the  region  –  θ5k  =  list  of  θ5  model  parameters  for  different  zones  within  the  region  –  εk  =  list  of  ε  model  error  for  different  zones  within  the  region  –  Color  =  color  of  the  region  on  Google  Maps  

•  Output  (automaIcally  generated  generic  response  object):    –  l  =  total  regional  loss  due  to  repair  cost  of  buildings  

( )1

expK

k k kk

l A C r tη=

⎛ ⎞= ⋅ ⋅ ⋅ − ⋅⎜ ⎟⎝ ⎠∑

( ) ( )5 51 2 2 3 1 4ln ln k k

k k k k k kSa Saθ θη θ θ θ θ ε⎡ ⎤= ⋅Φ ⋅ + ⋅ − +⎣ ⎦

Page 30: Model Manual

Building  Repair  Cost  

•  LocaIon  in  tree  –  Model>Consequence  

•  DDM  sensiIviIes  –  No  

•  Model  form:    

•  Input:  –  Building  InformaIon  Model  =  a  Building  InformaIon  Model  object  

that  returns  the  total  area  of  the  building,  A,  to  this  model  –  ηS  =  structural  damage  raIo    –  ηND  =  non-­‐structural  dri\  damage  raIo    –  ηNA  =  non-­‐structural  acceleraIon  damage  raIo    –  ηC  =  content  damage  raIo    –  CS  =  structural  unit  area  cost  (given  as  a  real  number)  –  CND  =  non-­‐structural  dri\  unit  area  cost  (given  as  a  real  number)  –  CNA  =  non-­‐structural  acceleraIon  unit  area  cost  (given  as  a  real  

number)  –  CC  =  content  unit  area  cost  (given  as  a  real  number)  –  t  =  Time  object  –  r  =  annual  interest  rate  –  ε  =  model  error  

•  Output  (automaIcally  generated  generic  response  object):    –  l  =  loss  due  to  the  repair  cost  

( ) ( )expS S ND ND NA NA C Cl C C C C A r tη η η η ε= ⋅ + ⋅ + ⋅ + ⋅ ⋅ ⋅ − ⋅ ⋅

Page 31: Model Manual

DiscounIng  

•  LocaIon  in  tree  –  Model>Consequence  

•  DDM  sensiIviIes  –  No  

•  Model  form:    

•  Input:  –  lf  =  future  value  –  r  =  annual  interest  rate  –  t  =  Time  object  

•  Output  (automaIcally  generated  generic  response  object):    –  lp  =  present  value  

( )expp fl l r t= ⋅ − ⋅

Page 32: Model Manual

Detailed  Energy  Building  

•  LocaIon  in  tree  –  Model>Consequence  

•  DDM  sensiIviIes  –  No  

•  Model  form:    –  This  model  produces  the  lifecycle  energy  usage  in  a  building  at  a  fine  level  of  detail  

–  ExtracIon  and  manufacturing  phase  

–  On-­‐site  construcIon  phase  

–  OperaIon  phase  

–  Maintenance  phase  

–  End-­‐of-­‐life  phase  

•  Input:  

•  Output  (automaIcally  generated  generic  response  object):    

Page 33: Model Manual

Coarse  Energy  Building  

•  LocaIon  in  tree  –  Model>Consequence  

•  DDM  sensiIviIes  –  No  

•  Model  form:    –  This  model  produces  the  lifecycle  energy  usage  in  a  building  at  a  coarse  level  of  

detail  

–  Pre-­‐use  phase  

–  OperaIon  phase  

–  End-­‐of-­‐life  phase  

•  Input:  

•  Output  (automaIcally  generated  generic  response  object):    

Page 34: Model Manual

Detailed  Water  Usage  Building  

•  LocaIon  in  tree  –  Model>Consequence  

•  DDM  sensiIviIes  –  No  

•  Model  form:    –  This  model  produces  the  lifecycle  water  usage  in  a  building  at  a  fine  level  of  detail  

–  Pre-­‐use  phase  

–  OperaIon  phase  

–  End-­‐of-­‐life  phase  

•  Input:  

•  Output  (automaIcally  generated  generic  response  object):    

Page 35: Model Manual

Coarse  Water  Usage  Building  

•  LocaIon  in  tree  –  Model>Consequence  

•  DDM  sensiIviIes  –  No  

•  Model  form:    –  This  model  produces  the  lifecycle  water  usage  in  a  building  at  a  

coarse  level  of  detail  

–  EnIre  lifecycle  

•  Input:  

•  Output  (automaIcally  generated  generic  response  object):    

Page 36: Model Manual

Detailed  Global  Warming  PotenIal  

•  LocaIon  in  tree  –  Model>Consequence  

•  DDM  sensiIviIes  –  No  

•  Model  form:    –  This  model  produces  the  lifecycle  global  warming  potenIal  of  a  building  at  a  fine  

level  of  detail  

–  ExtracIon  and  manufacturing  phase  

–  On-­‐site  construcIon  phase  

–  OperaIon  phase  

–  End-­‐of-­‐life  phase  

•  Input:  

•  Output  (automaIcally  generated  generic  response  object):    

Page 37: Model Manual

Coarse  Global  Warming  PotenIal  

•  LocaIon  in  tree  –  Model>Consequence  

•  DDM  sensiIviIes  –  No  

•  Model  form:    –  This  model  produces  the  lifecycle  global  warming  potenIal  of  a  

building  at  a  coarse  level  of  detail  

–  EnIre  lifecycle    (100  years)  

•  Input:  

•  Output  (automaIcally  generated  generic  response  object):    

Page 38: Model Manual

OpenSees  

•  LocaIon  in  tree  –  Model>External  So\ware  

•  DDM  sensiIviIes  –  No  

•  Model  form:    –  For  users  who  have  Tcl  and  OpenSees  installed  on  the  computer,  

this  model  allows  parameters  to  be  given  to  OpenSees  and  results  to  be  returned  to  Rt.  

•  Input:  –  Parameter  List  =  list  of  the  parameters  that  should  be  mapped  into  

the  OpenSees  model  –  Executable  File  =  absolute  path  to  the  opensees.exe  file,  for  

example  C:/OpenSees/opensees.exe  –  Input  File  =  absolute  path  to  the  locaIon  of  the  OpenSees  inpu~ile,  

for  example  C:/mystructure.tcl    NOTE:  This  file  contains  $x  entries,  where  “x”  is  the  name  of  an  Rt  parameter,  for  example:  uniaxialMaterial  Concrete01  1    -­‐$fprime    -­‐0.002    0.0    -­‐0.006  

•  Output:    –  This  model  does  not  automaIcally  create  any  response  objects.  

Rather,  create  Command  Response  objects  and/or  File  Response  objects.  In  those  objects,  specify  the  name  of  the  OpenSees  model.  In  Command  Response  objects,  specify  the  command  that  should  be  issued  to  OpenSees  to  get  the  response.  In  File  Response  objects,  specify  the  name  of  the  file  where  OpenSees  puts  the  response.      

Page 39: Model Manual

EMME  

•  LocaIon  in  tree  –  Model>External  So\ware  

•  DDM  sensiIviIes  –  No  

•  Model  form:    –  This  is  an  interface  to  the  EMME  transportaIon  simulaIon  

so\ware.    

•  Input:  –  Parameter  List  =  list  of  the  parameters  that  should  be  mapped  

into  the  EMME  model  –  Input  Scenario  File  =  this  is  a  template  input  file  to  EMME  that  

contains  Rt  parameter  names  –  Output  Scenario  File  =  this  is  the  final  input  file  to  EMME,  in  

which  the  parameter  names  have  been  replaced  by  their  value  

•  Output:    –  This  model  does  not  automaIcally  create  any  response  objects.  

Rather,  create  File  Response  objects.  In  those  objects,  specify  the  name  of  the  EMME  model  and  the  name  of  the  file  where  EMME  puts  the  response.      

Page 40: Model Manual

Algebraic  Expression  

A  unique  feature  in  Rt  is  that  it  is  possible  to  implement  user-­‐defined  models  in  a  variety  of  ways,  without  any  need  for  so\ware  compilaIon.  One  possibility  is  to  write  an  arbitrary  mathemaIcal  expression  in  the  "Algebraic  Expression"  model.  The  expression  can  contain  any  of  the  basic  mathemaIcal  funcIons.  Parameters  are  input  to  this  model  by  using  parameter  names  in  the  expression.  The  output  is  given  to  an  automaIcally  generated  Generic  Response  object.    •  LocaIon  in  tree  

–  Model>Generic  

•  DDM  sensiIviIes  –  No  

•  Model  form:    –  This  model  evaluates  a  mathemaIcal.  

•  Input:  –  Expression  =  expression  to  be  evaluated  

•  Output  (automaIcally  generated  generic  response  object):    –  Expression  value  

Page 41: Model Manual

Random  Variable  with  Random  Parameters  

This  model  is  employed  when  the  distribuIon  parameters  of  a  random  variable  are  themselves  random  variables.  The  distribuIon  type  of  that  random  variable  is  given  as  input,  together  with  a  list  of  parameters  that  serve  as  its  parameters,  in  the  order  prescribed  for  the  standard  distribuIon  types  in  Rt.  The  input  also  includes  a  standard  normal  random  variable  that  is  transformed  inside  the  model  to  represent  the  actual  random  variable.  The  output  is  a  Generic  Response  object  with  the  realizaIon  of  the  random  variable.    •  LocaIon  in  tree  

–  Model>Generic  

•  DDM  sensiIviIes  –  No  

•  Model  form:    –  This  model  produces  the  realizaIon  of  a  random  variable  with  

random  parameters.  It  transforms  the  realizaIon  of  a  standard-­‐normal  random  variable  to  the  realizaIon  of  another  random  variable  with  the  specified  distribuIon  type  and  distribuIon  parameters  

•  Input:  –  Standard  normal  random  variable  –  DistribuIon  Type  –  Random  Parameter  Type  =  type  of  the  parameters  that  are  

specified  that  can  be  either  “Parameter  1  to  Parameter  4”  or  “Mean,  Standard  DeviaIon,  Parameter  3,  and  Parameter  4”  

–  Parameter  List  =  list  of  the  distribuIon  parameters  

•  Output  (automaIcally  generated  generic  response  object):    –  RealizaIon  of  the  random  variable  with  random  parameters  

Page 42: Model Manual

Root  Finding  

•  LocaIon  in  tree  –  Model>Generic  

•  DDM  sensiIviIes  –  No  

•  Model  form:    –  This  model  finds  the  root  of  a  general  nonlinear  single-­‐variable  equaIon  

•  Input:  –  Expression  =  expression  of  the  equaIon,  for  example:  x^2  –  sin(x).  In  the  

expression,  “x”  is  the  unknown  variable  –  Algorithm  =  algorithm  of  the  solver  that  can  be  one  of  the  following:  

Newton,  Secant,  Steffenson,  BisecIon,  False  PosiIon,  and  Brent  Dekker  –  Maximum  IteraIons  =  maximum  number  of  iteraIons  –  Tolerance  =  acceptable  error  in  finding  the  root  –  IniIal  Root  =  starIng  point  of  searching  for  root,  used  in  derivaIve-­‐

based  algorithms,  namely  Newton,  Secant,  and  Steffenson  –  Lower  Bound  =  lower  bound  of  the  searching  interval,  used  in  brackeIng  

algorithms,  namely  BisecIon,  False  PosiIon,  and  Brent  Dekker  –  Upper  Bound  =  upper  bound  of  the  searching  interval,  used  in  

brackeIng  algorithms,  namely  BisecIon,  False  PosiIon,  and  Brent  Dekker  

•  Output  (automaIcally  generated  generic  response  object):    –  The  root  of  the  equaIon  

Page 43: Model Manual

Script  A  powerful  approach  for  implemenIng  user-­‐defined  models  is  the  Script  model.  By  uIlizing  the  ECMA  Script  Language  it  is  possible  to  implement  complex  algorithms  as  JavaScript  models  in  Rt,  without  any  recompilaIon.  The  language  specificaIon  for  ECMA  is  available  at  hQp://www.ecma-­‐internaIonal.org/publicaIons/standards/Ecma-­‐262.htm,  and  many  other  references  on  Java  Script  programming  are  available  online.  The  input  to  the  Script  model  is  a  parameter  list  that  names  the  parameters  that  are  give  to  the  script.  A  path  to  the  locaIon  of  the  script  file  and  an  indicaIon  of  whether  the  implementaIon  includes  DDM  sensiIviIes  are  also  given.  This  model  does  NOT  automaIcally  generate  any  response  objects.  Instead,  Generic  Response  objects  must  be  created,  in  which  the  name  of  the  script  model  is  given.  The  script  must  compute  the  value  of  the  variables  that  have  exactly  the  same  name  as  these  Generic  Response  objects.  Parameters  from  Rt,  like  random  variables,  are  employed  in  the  script  by  uIlizing  the  exact  parameter  name  in  the  script.  The  naming  convenIon  to  return  "DDM  sensiIviIes"  from  a  script  model  is  d_response_d_input  as  shown  in  one  of  the  Rt  examples.    •  LocaIon  in  tree  

–  Model>Generic  

•  DDM  sensiIviIes  –  Yes  

•  Model  form:    –  This  model  runs  a  user-­‐wriQen  script  in  the  language  of  JavaScript,  

which  is  based  on  ECMAscript  

•  Input:  –  Input  Parameter  List  =  list  of  parameters  used  in  the  script  –  Script  File  =  script  file  path  –  DDM  =  indicator  of  whether  the  script  file  includes  DDM  

implementaIons  or  not.  The  naming  convenIon  to  return  DDM  sensiIviIes  from  a  script  model  is  d_response_d_input.  

•  Output:  –  This  model  does  not  automaIcally  create  any  response  objects.  Rather,  

create  Generic  Response  objects.  In  those  objects,  specify  the  name  of  the  Script  model.  The  script  should  evaluate  variables  with  the  same  name  as  these  Generic  Response  objects.