The pile group foundation is widely used for gravity pier of high-speed railway bridges in China. If a moderate or strong earthquake occurs, the pile-surrounding soil will exhibit obvious nonlinearity and significant pile group effect. In this study, an improved pushover analysis model for the pile group foundation with consideration of pile group effect is presented and validated by the quasi-static test. The improved model uses simplified springs to simulate the soil lateral resistance, side friction and tip resistance. PM (axial load-bending moment) plastic hinge model is introduced to simulate the impact of the axial force changing of pile group on their elastic-plastic characteristics. The pile group effect is considered in stress-stain relations of the lateral soil resistance with a reduction factor. The influence factors on nonlinear characteristics and plastic hinge distribution of the pile group foundation are discussed, including the pier height, longitudinal reinforcement ratio and stirrup ratio of the pile, and soil mechanical parameters. Furthermore, the displacement ductility factor, resistance increase factor and yielding stiffness ratio are provided to evaluate the seismic performance of soil-pile system. A case study for the pile group foundation of a railway simply supported beam bridge with a 32 m-span is conducted by numerical analysis. It is shown that the ultimate lateral force of pile group is not determined by the yielding force of the single one in these piles. Therefore, the pile group effect is essential for the seismic performance evaluation of the railway bridge with pile group foundation.
Chung Young Soo;Park Chang Kyu;Lee Beom Gi;Song Hee Won
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.17
no.1
s.85
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pp.121-128
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2005
A RC column-bent pier represents one of the most popular piers used in highway bridges. Seismic performance of reinforced concrete (RC) column-bent piers under bidirectional seismic loadings was experimentally investigated. Six column bent-piers were constructed with two circular supporting columns which were made in 400 mm diameter and 2,000 mm height. One single column specimen was additionally made to comparatively evaluate the seismic response of RC column-bent piers. Test parameters are different transverse reinforcement and loading pattern. These piers were tested under lateral load reversals with the axial load of $0.1 f_{ck}A_g$. Three specimens were subjected to bidirectional lateral load cycles which consisted of two main longitudinal loads and two sub transverse loads in one load cycle. Other three specimens were loaded in the opposite way. Test results indicated that lateral strength and ductility of the latter three specimens were generally bigger than those of the former three specimens. Plastic hinges were formed with the spall of cover concrete and the fracture of the longitudinal reinforcing steels in the bottom plastic hinge of two supporting columns for the former three specimens. Similar behavior was observed in the top and bottom parts of two supporting columns for the latter three specimens.
Lee Jae-Hoon;Jung Chul-Ho;Ko Seong-Hyun;Son Hyeok-Soo
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.16
no.1
s.79
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pp.111-124
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2004
This research is a part of a research program to verify the seismic performance of circular reinforced concrete bridge columns with respect to longitudinal steel connection details under cyclic lateral load. A total of 21 column specimens were constructed and tested. Main variables in this test program were longitudinal steel connection details(continuous, lap-spliced, and mechanically connected), confinement steel ratio, and axial force ratio, etc. The test results of the columns with different longitudinal steel connection details showed different failure mode, strength degradation, and seismic performance. From the quasi-static test, it was found that the columns with all longitudinal reinforcement lap-spliced showed significantly reduced ductility. However, seismic performance of the columns with half of longitudinal reinforcement lap-spliced showed limited ductility but much more ductile behaviour than the columns with all longitudinal reinforcement lap-spliced. It was also found that the seismic performance, failure mode and strength degradation of columns with mechanical connected longitudinal reinforcement were similar to those of columns with continuous longitudinal reinforcement.
The composite reinforced concrete and steel (RCS) structural systems have larger structural lateral stiffness, higher inherent structural damping, and faster construction speed than either traditional reinforcement concrete or steel structures. In this paper, four RCS subassemblies with or without the RC slab designed following a strong column-weak beam philosophy were constructed and tested under reversed-cyclic loading. Parameters including the width of slab and composite effect of the RC slab and beam were explored. The test results showed that all specimens performed in a ductile manner with plastic hinges formed in the beam ends near the column faces. The seismic responses of composite connections are influenced significantly by different width of slabs. Compared with that of the steel beam without the RC slab, it was found that the load carrying capacity of composite connections with the RC slab increased by 30% on average, and strength degradation, energy dissipation also had better performance, while the ductility of that were almost the same. Furthermore, the contribution of connection deformation to the overall specimen displacement was analyzed and compared. It decreased approximately 10% due to the coupling effect in the columns and beams with the RC slab. Based on the test result, some suggestions are presented for the design of composite RCS joints.
Seismic strengthening is essential for existing bridge piers which are deficient to resist the earthquake. The concrete and CFRP jackets with a bottom-anchoring method are used to strengthen railway bridge piers with low reinforcement ratio. Quasi-static tests of scaled down model piers are performed to evaluate the seismic performance of the original and strengthened bridge pier. The fracture characteristics indicate that the vulnerable position of the railway bridge pier with low reinforcement ratio during earthquake is the pier-footing region and shows flexural failure mode. The force-displacement relationships show that the two strengthening techniques using CFRP and concrete jackets can both provide a significant improvement in load-carrying capacity for railway bridge piers with low reinforcement ratio. It is clear that the bottom-anchoring method by using planted steel bars can guarantee the CFRP and concrete jackets to work jointly with original concrete piers Furthermore, it can be found that the use of CFRP jacket offers advantages over concrete jacket in improving the energy dissipation capacity under lateral cyclic loading. Therefore, the seismic strengthening techniques by the use of CFRP and concrete jackets provide alternative choices for the large numbers of existing railway bridge piers with low reinforcement ratio in China.
Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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v.3
no.1
s.8
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pp.123-131
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2003
An experiment was carried out to investigate the mechanical behaviour of the circular hollow section reinforced concrete member with internal corrugated steel tube. A specimen, 50cm in diameter and 340cm in length, was made and tested by 3 points bending. The test load was increased slowly (quasi static) to the failure or unacceptable deformation. During the test, lateral displacement at mid point and longitudinal displacement of extreme fiber on compressive and tensile side of the specimen were measured. The measured data were analysed and compared with calculated results for the equivalent member without inserted corrugated steel tube. The comparison shows that the flexural strength and ductility of hollow section reinforced concrete members can be improved by inserting corrugated steel tubes inside.
Shekastehband, Behzad;Azaraxsh, Ali A.;Showkati, Hossein
Steel and Composite Structures
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v.25
no.4
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pp.505-521
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2017
The steel plate shear wall with beam-only connected infill plate (SSW-BO) is an innovative lateral load resisting system consisting of infill plates connected to surrounding beams and separated from the main columns. In this research, the effects of perforation diameter as well as slenderness ratios of infill plates on the hysteresis behavior of SSW-BO systems were studied experimentally. Experimental testing is performed on eight one-sixth scaled one-story SSW-BO specimens with two plate thicknesses and four different circular opening ratios at the center of the panels under fully reversed cyclic quasi-static loading in compliance with the SAC test protocol. Strength, stiffness, ductility and energy absorption were evaluated based on the hysteresis loops. It is found that the systems exhibited stable hysteretic behavior during testing until significant damage in the connection of infill plates to surrounding beams at large drifts. It is also seen that pinching occurred in the hysteresis loops, since the hinge type connections were used as boundaries at four corners of surrounding frames. The strength and initial stiffness degradation of the perforated specimens containing opening ratio of 0.36 compared to the solid one is in the range of 20% to 30% and 40% to 50%, respectively.
In the design of reinforced concrete structural walls, in order to ensure adequate inelastic displacement behaviour and to sustain deformation demands imposed by strong ground motions, special reinforcement is considered while designing. However, these would lead to severe reinforcement congestion and difficulties during construction. Addition of randomly distributed discrete fibres in concrete improves the flexural behaviour of structural elements because of its enhanced tensile properties and this leads to reduction in congestion. This paper deals with effect of addition of steel fibres on the behavior of high performance fibre reinforced cement concrete (HPFRCC) slender structural walls with the different volume fractions of steel fibres. The specimens were subjected to quasi static lateral reverse cyclic loading until failure. The high performance concrete (HPC) used was obtained based on the guidelines given in ACI 211.1 which was further modified by prof.Aitcin (1998). The volume fraction of the fibres used in this study varied from 0 to 1% with an increment of 0.5%. The results were analysed critically and appraised. The study indicates that the addition of steel fibres in the HPC structural walls enhances the first crack load, strength, initial stiffness and energy dissipation capacity.
For further development of passive control systems to dissipate larger seismic energy and prevent the structures from earthquake losses, this paper proposes an innovative two-level control system to improve behavior of chevron braced steel frames. Combining two Knee Braces, KB, and a Vertical Link Beam, VLB, in a chevron braced frame, this system can reliably sustain main shock and aftershocks in steel structures. The performance of this two-level system is examined through a finite element analysis and quasi-static cyclic loading test. The cyclic performances of VLB and KBs alone in chevron braced frames are compared with that of the presented two-level control system. The results show appropriate performance of the proposed system in terms of ductility and energy dissipation in two different excitation levels. The maximum load capacity of the presented system is about 30% and 17% higher than those of the chevron braced frames with KB and VLB alone, respectively. In addition, the maximum energy dissipation of the proposed system is about 78% and 150% higher than those of chevron braced frames with VLB and KB respectively under two separate levels of lateral forces caused by different probable seismic excitations. Finally, high performance under different earthquake levels with competitive cost and quick installation work for the control system can be found as main advantages of the presented system.
The behavior of reinforced concrete (RC) columns made from high strength materials was investigated experimentally. Six high-strength concrete specimen columns (1:4 scale), which included three with high-strength transverse reinforcing bars and three with normal-strength transverse reinforcement, were tested under double curvature bending load. The effects of yielding strength and ratio of transverse reinforcement on the cracking patterns, hysteretic response, shear strength, ductility, strength reduction, energy dissipation and strain of reinforcement were studied. The test results indicated that all specimens failed in splitting failure, and specimens with high-strength transverse reinforcement exhibited better seismic performance than those with normal-strength transverse reinforcement. It also demonstrated that the strength of high-strength lateral reinforcing bars was fully utilized at the ultimate displacements. Shear strength formula of short concrete columns, which experienced a splitting failure, was proposed based on the Chinese concrete code. To enhance the applicability of the model, it was corroborated with 47 short concrete columns selected from the literature available. The results indicated that, the proposed method can give better predictions of shear strength for short columns that experienced a splitting failure than other shear strength models of ACI 318 and Chinese concrete codes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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