Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.23
no.5
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pp.84-95
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2019
This paper reports the process of seismic fragility analysis for the rahman-type continuous bridge system. The target structure was the five span highway bridge with maximum pier hight of 72m. OpenSees software was used for the nonlinear time history analysis. In this study, 50 ground motions are considered for nonlinear time history analysis. For each ground motion, PGA was scaled from 0.1g to 2.0g with intervals of 0.1g in order to consider a wide range of the seismic intensity measure. In addition, yield displacement and ultimate displacement of each pier were calculated through section analysis. Based on the result of non linear time history analysis and section analysis, damage condition of target bridge was classified according to the definition of damage condition proposed by Barbat et al. As a result, it was predicted that Extensive Damage occurred at P1 when 0.731 g earthquake occurred in the longitudinal direction. Based on the seismic fragility analysis results, it is found that the probability of occurrence of Extensive Damage in the 4,800 - year period earthquake was about 4.2%. Therefore the target bridge has enough safety for earthquake.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.28
no.2
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pp.207-212
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2015
Bridges are designed and constructed as infrastructures in order to overcome topographical obstructions for fast and smooth transfer of human/material resources. Therefore the shape and size of piers constructed along the longitudinal bridge axis should be restricted by topographical conditions. Action forces of connections and piers are affected by pier shapes and sizes together with connection arrangement which decides load carrying path under earthquakes. In this study a typical bridge is modelled with steel bearings and reinforced concrete piers and seismic analyses are performed with analysis models with different arrangement of steel bearings and piers. From analysis results ductile failure mechanisms for all analysis models are checked based on strength/action force ratios of steel bearings and pier columns. In this way the influences of arrangement of connections and piers on the earthquake resistant capacity of typical bridges are figured out in view of forming ductile failure mechanism.
In this paper, the effect of cumulative damage for reinforced concrete bridge piers subjected to both single and multiple earthquakes is investigated. For this purpose, selected are three set of accelerograms one of which represents the real successive input ground motions, recorded at the same station with three months time interval. The analytical predictions indicate that piers are in general subjected to a large number of inelastic cycles and increased ductility demand due to multiple earthquakes, and hence more damage in terms of stiffness degradation is expected to occur. In addition, displacement ductility demand demonstrates that inelastic seismic response of piers can significantly be affected by the applied input ground motion characteristics. Also evaluated is the effect of multiple earthquakes on the response with shear. Comparative studies between the cases with and without shear indicate that stiffness degradation and hence reduction in energy dissipation capacity of piers are pronounced due to the multiple earthquakes combined with shear. It is thus concluded that the effect of multiple earthquakes should be taken into account for the stability assessment of reinforced concrete bridge piers.
A deep recursive bidirectional Cuda Deep Neural Network Long Short Term Memory (Bi-CuDNNLSTM) layer is recruited in this paper to predict the entire force time histories, and the corresponding hysteresis and backbone curves of reinforced concrete (RC) bridge piers using experimental fast and slow cyclic tests. The proposed stacked Bi-CuDNNLSTM layers involve multiple uncertain input variables, including horizontal actuator displacements, vertical actuators axial loads, the effective height of the bridge pier, the moment of inertia, and mass. The functional application programming interface in the Keras Python library is utilized to develop a deep learning model considering all the above various input attributes. To have a robust and reliable prediction, the dataset for both the fast and slow cyclic tests is split into three mutually exclusive subsets of training, validation, and testing (unseen). The whole datasets include 17 RC bridge piers tested experimentally ten for fast and seven for slow cyclic tests. The results bring to light that the mean absolute error, as a loss function, is monotonically decreased to zero for both the training and validation datasets after 5000 epochs, and a high level of correlation is observed between the predicted and the experimentally measured values of the force time histories for all the datasets, more than 90%. It can be concluded that the maximum mean of the normalized error, obtained through Box-Whisker plot and Gaussian distribution of normalized error, associated with unseen data is about 10% and 3% for the fast and slow cyclic tests, respectively. In recapitulation, it brings to an end that the stacked Bi-CuDNNLSTM layer implemented in this study has a myriad of benefits in reducing the time and experimental costs for conducting new fast and slow cyclic tests in the future and results in a fast and accurate insight into hysteretic behavior of bridge piers.
Flexural design of double composite box girder over the interior pier for three-span continuous bridge was performed by the LRFD method. The maximum span length of the continuous bridge ranged from 80m to 120m and the relative ratio of the span length was assumed to be 1:1.25:1. The girder section was designed for the strength limit state and service limit state with additional design check for constructibility. Before the bottom concrete and compression flange showed a complete composite action, the buckling of lower compression flange was checked. The flexural stiffness and flexural resistance characteristics for the section and for the constituent members such as tension flange, compression flange, and web were analyzed for different thicknesses of the bottom concrete on top of the compression flange. The effect of the distribution ratio of steel between the top and bottom flanges was investigated by analyzing ductility behavior and stress distribution through the girder's depth for several different relative area ratios of steel between the top and bottom flanges. It was found that a total amount of 15% of steel can be saved by applying the double composite system compared with that of the conventional composite system.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.3
no.2
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pp.41-54
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1999
Because of relatively heavy dead weight of concrete itself and unavoidable heat of massive concrete in bridge piers, circular hollow columns are widely used in Korean highway bridges. Since the occurrence of 1995 Kobe earthquake, there have been much concerns about seismic design for various infrastructures, inclusive of bridge structures. It is, however, understood that there are not much research works for nonlinear behavior of circular hollow columns subjected to eqrthquake motions. The objective of this experimental research is to investigate nonlinear behavior of circular hollow reinforced concrete bridge piers under the quasi-static cyclic load, and then to enhance their ductility by strengthening the plastic hinge region with glassfiber sheets. Particularly for this test, constant 10 cyclic loads have been repeatedly actuated to investigate the magnitude of strength degradation for the displacement ductility factor. Important test parameters are seismic design, confinement steel ratio, axial force and load pattern. It is observed from quasi-static tests for 7 bridge piers that the seismically designed columns and the retrofitted columns show better performance than the nonseismically designed colums, i.e. about 20% higher for energy dissipation capacity and about 70% higher for curvatures.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.7
no.5
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pp.67-73
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2003
The present seismic analysis of Road-Bridge Design Standard is on a basis of load-based analysis which lets structures have the strength over load. In this study, the capacity spectrum method, a kind of displacement based method, which is evaluated by displacement of structure, is presented as an alternative to the analysis method based on load. Seismic capacity is performed about the existing reinforced concrete pier which has already secured seismic design by capacity spectrum method. As a result. capacity spectrum method could realistically evaluate the non-elastic behavior of structures easily and quickly and the displacement of structures for variable ground motion level. And it could efficiently apply to an evaluation of seismic capacity about the existing structure and a verification of design for capacity target of the new structure.
A three-dimensional (3D) numerical analysis for the train-bridge interaction (TBI) system is actively developed in this study in order to investigate the vibration characteristics of rigid-frame reinforced concrete (RC) viaducts in both vertical and lateral directions respectively induced by running high-speed trains. An analytical model of the TBI system is established, in which the high-speed train is described by multi-DOFs vibration system and the rigid-frame RC viaduct is modeled with 3D beam elements. The simulated track irregularities are taken as system excitations. The numerical analytical algorithm is established based on the coupled vibration equations of the TBI system and verified through the detailed comparative study between the computation and testing. The vibration responses of the viaducts such as accelerations, displacements, reaction forces of pier bottoms as well as their amplitudes with train speeds are calculated in detail for both vertical and lateral directions, respectively. The frequency characteristics are further clarified through Fourier spectral analysis and 1/3 octave band spectral analysis. This study is intended to provide not only a simulation approach and evaluation tool for the train-induced vibrations upon the rigid-frame RC viaducts, but also instructive information on the vibration mitigation of the high-speed railway.
Jiao, Chiyu;Li, Jianzhong;Wei, Biao;Long, Peiheng;Xu, Yan
Earthquakes and Structures
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v.17
no.5
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pp.435-445
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2019
The collapses of curved bridges are mainly caused by the damaged columns, subjected to the combined loadings of axial load, shear force, flexural moment and torsional moment, under earthquakes. However, these combined loadings have not been fully investigated. This paper firstly investigated the mechanical characteristics of the bending-torsion coupling effects, based on the seismic response spectrum analysis of 24 curved bridge models. And then 9 reinforced concrete (RC) and circular column specimens were tested, by changing the bending-tortion ratio (M/T), axial compression ratio, longitudinal reinforcement ratio and spiral reinforcement ratio, respectively. The results show that the bending-torsion coupling effects of piers are more significant, along with the decrease of girder curvature and the increase of pier height. The M/T ratio ranges from 6 to 15 for common cases, and influences the crack distribution, plastic zone and hysteretic curve of piers. And these seismic characteristics are also influenced by the compression ratio, longitudinal reinforcement ratio and spiral reinforcement ratios of piers.
Park, Yeon-Soo;Lee, Byung-Geun;Kim, Eung-Rok;Suh, Byung-Chul;Park, Sun-Joon;Choi, Sun-Min
Proceedings of the KSR Conference
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2008.11b
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pp.1012-1017
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2008
In this study, We examine closely the capacity spectrum method which a kind of displacement-based method evaluated by displacement of structure as an alternative to the load-based analysis method. The displacement-based method can easily review the strength of structure, seismic performance, ductility. Seismic performance by using capacity spectrum method is divided into design response spectrum and capacity spectrum. We can diagram design response spectrum by deciding the design seismic factor depending on performance target, site classification, seismic level, return period as UBC-97. Capacity spectrum is a load-displacement curve obtained by Push-over analysis considering the geometric parameter and the material parameter. We execute the seismic performance evaluation by using the capacity spectrum method to reinforced concrete pier which has been seismic design. As a result, We confirmed that there is a yield point and a ultimate point close by design response spectrum of UBC-97.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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