The main structural elements of historical masonry arch bridges are arches, spandrel walls, piers and foundations. The most vulnerable structural elements of masonry arch bridges under transverse seismic loads, particularly in the case of out-of-plane actions, are spandrel wall. The vulnerability of spandrel walls under transverse loads increases with the increasing of their length and height. This paper computationally investigates the out-of-plane nonlinear seismic response of spandrel walls of long-span and high masonry stone arch bridges. The Malabadi Bridge with a main arch span of 40.86m and rise of 23.45m built in 1147 in Diyarbakır, Turkey, is selected as an example. The Concrete Damage Plasticity (CDP) material model adjusted to masonry structures, and cohesive interface interaction between the infill and the spandrel walls and the arch are considered in the 3D finite element model of the selected bridge. Firstly, mode shapes with and without cohesive interfaces are evaluated, and then out-of-plane seismic failure responses of the spandrel walls with and without the cohesive interfaces are determined and compared with respect to the displacements, strains and stresses.
The science and technology of seismic hazard mitigation are increasingly being shared among scientists and policy makers around the world. Administrative expertise is also being shared. While there is still tremendous unevenness in technical and administrative capacities and resources, a global community of emergency managers is developing and there is a globalization of expertise. Hazards are better understood, tools for risk assessment are improving, techniques for hazard mitigation are being perfected, and communities and states are implementing more comprehensive disaster preparedness, response, and recovery programs. Priorities are also emerging and hazard mitigation has emerged as the priority of choice in North America and Europe. An increasingly important component of hazard mitigation is resilience, in terms of increased capacities for disaster mitigation and recovery at the community and even individual levels. Each year, more is known about the locations and natures of seismic hazards, although there are still unknown and poorly understood fault lines and limited understanding of related disasters such as tsunamis and landslides. More is known about the impact of earthquakes on the built environment, although nature still provides surprises to confound man's best extorts to reduce risk. More is known about human nature and how people respond to uncertain risk and when confronted by certain catastrophe. However, despite the increased understanding of seismic phenomena and how to protect people and property, there is much that needs to be done to reduce the risk, particularly in major metropolitan areas.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.8
no.1
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pp.77-86
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2004
This paper introduces a shape memory alloy-restrainer-damper(SMA-RD) to protect multiple span continuous steel bridges from seismic loads. The type of bridges has only one fixed bearing condition on a pier and expansion bearings are located on the other piers and abutments. Due to this state and a big mass of the deck, these bridges are usually very vulnerable to column's damage on which fixed bearings are located and large deformation of abutments in passive action. Two types of SMA-RDs are developed, and their effect is inspected for protecting the bridges through seismic analyses. Conventional steel restrainer cables are also used to reduce the seismic vulnerability of the bridge and the results are compared to those of the SMA-RDs.
Low rise masonry structures are relatively inexpensive and easier to construct compared to other types of structures such as steel and reinforced concrete buildings. However, masonry structures are relatively heavier and less ductile and more vulnerable to damages in earthquakes. In this research, a new innovative low-cost seismic isolator using steel rings (SISR) is employed to reduce the seismic vulnerability of masonry structures. FEA of a masonry structure, made of concrete blocks is used to evaluate the effect of the proposed SISR on the seismic response of the structure. Two systems, fixed base and isolated from the base with the proposed SISRs, are considered. Micro-element approach and ABAQUS software are used for structural modeling. The nonlinear structural parameters of the SISRs, extracted from a recent experimental study by the authors, are used in numerical modeling. The masonry structure is studied in two separate modes, fixed base and isolated base with the proposed SISRs, under Erzincan and Imperial Valley-06 earthquakes. The accelerated response at the roof level, as well as the deformation in the masonry walls, are the parameters to assess the effect of the proposed SISRs. The results show a highly improved performance of the masonry structure with the SISRs.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.9
no.3
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pp.345-367
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2015
Past earthquakes have signaled the increased collapse vulnerability of mainshock-damaged bridge piers and urgent need of repair interventions prior to subsequent cascading hazard events, such as aftershocks, triggered by the mainshock (MS). The overarching goal of this study is to quantify the collapse vulnerability of mainshock-damaged substandard RC bridge piers rehabilitated with different repair jackets (FRP, conventional thick steel and hybrid jacket) under aftershock (AS) attacks of various intensities. The efficacy of repair jackets on post-MS resilience of repaired bridges is quantified for a prototype two-span single-column bridge bent with lap-splice deficiency at column-footing interface. Extensive number of incremental dynamic time history analyses on numerical finite element bridge models with deteriorating properties under back-to-back MS-AS sequences were utilized to evaluate the efficacy of different repair jackets on the post-repair behavior of RC bridges subjected to AS attacks. Results indicate the dramatic impact of repair jacket application on post-MS resilience of damaged bridge piers-up to 45.5 % increase of structural collapse capacity-subjected to aftershocks of multiple intensities. Besides, the efficacy of repair jackets is found to be proportionate to the intensity of AS attacks. Moreover, the steel jacket exhibited to be the most vulnerable repair intervention compared to CFRP, irrespective of the seismic sequence (severe MS-severe or moderate AS) or earthquake type (near-fault or far-fault).
The performance of reinforced concrete buildings subjected to earthquake excitations depends on the structural behaviour of the superstructure as well as the type of foundation and the properties of soil on which the structure is founded. The consideration of the effects due to the interaction between the structure and soil- foundation alters the seismic response of reinforced concrete buildings subjected to earthquake motion. Evaluation of the structural response of buildings for quantitative assessment of the seismic fragility has been a demanding problem for the engineers. Present research deals with development of fragility curve for building specific vulnerability assessment based on different damage parameters considering the effect of soil-structure interaction. Incremental Dynamic Analysis of fixed base and flexible base RC building models founded on different soil conditions was conducted using finite element software. Three sets of fragility curves were developed with maximum roof displacement, inter storey drift and plastic energy dissipated as engineering demand parameters. The results indicated an increase in the likelihood of exceeding various damage limits by 10-40% for flexible base condition with soft soil profiles. Fragility curve based on energy dissipated showed a higher probability of exceedance for collapse prevention damage limit whereas for lower damage states, conventional methods showed higher probability of exceedance. With plastic energy dissipated as engineering demand parameter, it is possible to track down the intensity of earthquake at which the plastic deformation starts, thereby providing an accurate vulnerability assessment of the structure. Fragility modification factors that enable the transformation of existing fragility curves to account for Soil-Structure Interaction effects based on different damage measures are proposed for different soil conditions to facilitate a congenial vulnerability assessment for buildings with flexible base conditions.
Abdel Raheem, Shehata E.;Fooly, Mohamed Y.M.;Omar, Mohamed;Abdel Zaher, Ahmed K.
Earthquakes and Structures
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v.16
no.6
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pp.715-726
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2019
Several municipal seismic vulnerability investigations have been identified pounding of adjacent structures as one of the main hazards due to the constrained separation distance between adjacent buildings. Consequently, an assessment of the seismic pounding risk of buildings is superficial in future adjustment of design code provisions for buildings. The seismic lateral oscillation of adjacent buildings with eccentric alignment is partly restrained, and therefore a torsional response demand is induced in the building under earthquake excitation due to eccentric pounding. In this paper, the influence of the eccentric seismic pounding on the design demands for adjacent symmetric buildings with eccentric alignment is presented. A mathematical simulation is formulated to evaluate the eccentric pounding effects on the seismic design demands of adjacent buildings, where the seismic response analysis of adjacent buildings in series during collisions is investigated for various design parameters that include number of stories; in-plan alignment configurations, and then compared with that for no-pounding case. According to the herein outcomes, the effects of seismic pounding severity is mainly depending on characteristics of vibrations of the adjacent buildings and on the characteristics of input ground motions as well. The position of the building wherever exterior or interior alignment also, influences the seismic pounding severity as the effect of exposed direction from one or two sides. The response of acceleration and the shear force demands appear to be greater in case of adjacent buildings as seismic pounding at different levels of stories, than that in case of no-pounding buildings. The results confirm that torsional oscillations due to eccentric pounding play a significant role in the overall pounding-involved response of symmetric buildings under earthquake excitation due to horizontal eccentric alignment.
The assessment of structural performance of transfer structures under potential seismic actions is presented. Various seismic assessment methodologies are used, with particular emphasis on the accurate modelling of the higher mode effects and the potential development of a soft storey effect in the mega-columns below the transfer plate (TP) level. Those methods include response spectrum analysis (RSA), manual calculation, pushover analysis (POA) and equivalent static load analysis (ESA). The capabilities and limitations of each method are highlighted. The paper aims, firstly, to determine the appropriate seismic assessment methodology for transfer structures using these different approaches, all of which can be undertaken with the resources generally available in a design office. Secondly, the paper highlights and discusses factors influencing the response behaviour of transfer structures, and finally provides a general indication of their seismic vulnerability. The representative Hong Kong building considered in this paper utilises a structural system with coupled shear walls and moment resisting portal-frames, above and below the TP, respectively. By adopting the wind load profile stipulated in the Code of Practice on Wind Effects: Hong Kong-1983, all the structural members are sized and detailed according to the British Standards BS8110 and the current local practices. The seismic displacement demand for the structure, when built on either rock or deep soil sites, was determined in a companion paper. The lateral load-displacement characteristic of the building, determined herein from manual calculation, has indicated that the poor ductility (brittle nature) of the mega-columns, due mainly to the high level of axial pre-compression as found from the analysis, cannot be effectively alleviated solely by increasing the quantity of confinement stirrups. The interstorey drift demands at lower and upper zones caused by seismic actions are found to be substantially higher than those arising from wind loads. The mega-columns supporting the TP and the coupling beams at higher zones are identified to be the most vulnerable components under seismic actions.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.22
no.3
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pp.149-160
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2018
This study experimentally and analytically examines the seismic vulnerability of steel rack storage frames subjected to Korea earthquakes (2016 Gyeongju earthquake and 2017 Pohang earthquake). To achieve this aim, this study selects a three-story, one-bay steel rack frame with a typical configuration of rack frame in Korea. Firstly, the local behavior for frame components is examined by performing monotonic and/or cyclic load tests and the global response and dynamic characteristics of the subject rack frame are investigated by conducting a shaking table test. The analytical model of the rack frame is then created based on the experimental results and is used to perform nonlinear time history analyses with recorded Korea earthquakes. The seismic demand of the rack frame is considerably affected by the spectral acceleration response, instead of peak ground accelerations (peak floor accelerations). Moreover, the collapse fragility curve of the rack frame is developed using incremental dynamic analyses for the Gyeongju and Pohang earthquakes. Fragility results indicate that the ground motion characteristics of these earthquakes do not significantly affect the frame vulnerability at the collapse state.
Hwang Jae Ik;Lee Yong Jae;Han Jin Tae;Kim Myoung Mo
Journal of the Korean Geotechnical Society
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v.21
no.2
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pp.105-111
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2005
Shaking table tests are performed to investigate the seismic behavior of the batter pile and to bring up the countermeasures to improve the seismic performance of the batter pile. First of all, this study demonstrates how batter piles and vertical piles behave under static lateral loadings. Secondly, the vulnerability of batter plies under dynamic lateral loadings is demonstrated showing the axial forces and bending moments mobilized at the pile heads during shaking table tests. Thirdly, countermeasures to overcome the vulnerability of behavior piles during earthquakes are pursued. The countermeasures investigated in this study include introduction of a rubber element at the pile head and the deck plate connection, and introduction of hinge connection. Finally, the slope of batter piles which induces the minimum pile forces during the dynamic loadings are investigated and found to be 8:3 (Vertical to Horizontal).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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