Vertical earthquake ground motion may magnify vertical dynamic responses of structures, and thus cause serious damage to bridges. As main support structures, piers and bearings play an important role in vertical seismic response analysis of girder bridges. In this study, the pier and bearing are simplified as a vertical series spring system without mass. Then, based on the assumption of small displacement, the equation of motion governing the simply-supported straight girder bridge under vertical ground motion is established including effects of vertical deformation of support structures. Considering boundary conditions, the differential quadrature method (DQM) is applied to discretize the above equation of motion into a MDOF (multi-degree-of-freedom) system. Then seismic responses of this MDOF system are calculated by a step-by-step integration method. Effects of support structures on vertical dynamic responses of girder bridges are studied under different vertical strong earthquake motions. Results indicate that support structures may remarkably increase or decrease vertical seismic responses of girder bridges. So it is of great importance to consider effects of support structures in structural seismic design of girder bridges in near-fault region. Finally, optimization of support structures to resist vertical strong earthquake motions is discussed.
To investigate the seismic pounding response of long-span bridges with high-piers under strong ground motions, shaking table tests were performed on a 1/10-scaled bridge model consisting of three continuous spans with rigid frames and one simply-supported span. The seismic pounding responses of this bridge model under different earthquake excitations including the uniform excitation and the traveling wave excitations were experimentally studied. The influence of dampers to the seismic pounding effects at the expansion joints was analyzed through nonlinear dynamic analyses in this research. The seismic pounding effects obtained from numerical analyses of the bridge model are in favorable agreement with the experimental results. Seismic pounding effect of bridge superstructures is dependent on the structural dynamic properties of the adjacent spans and characteristics of ground motions. Moreover, supplemental damping can effectively mitigate pounding effects of the bridge superstructures, and reduce the base shear forces of the bridge piers.
In this study a direct displacement-based design (DDBD) procedure for a continuous deck bridge isolated with triple friction pendulum bearings (TFPB) has been proposed and the seismic demands of the bridge such as isolator's displacement and drift of piers obtained from this procedure evaluated under two-directional near-field ground motions. The structural model used here are continuous, three-span, castin-place concrete box girder bridge with a 30-degree skew which are isolated with 9 different TFPBs. By comparing the results of DDBD method with those of nonlinear time history analysis (NTHA), it can be concluded that the proposed procedure is able to predict seismic demands of similar isolated bridges with acceptable accuracy. Results of NTHA shows that dispersion of peak resultant responses for a group of ground motions increases by increasing their average value of responses. It needs to be noted that the demands parameters calculated by the DDBD procedure are almost overestimated for stiffer soil condition, but there is some underestimation in results of this method for softer soil condition.
The seismic performance of the tall building equipped with a tuned mass damper (TMD) considering soil-structure interaction (SSI) effects is well studied in the literature. However, these studies are performed on the nominal model of the seismic-excited structural system with SSI. Hence, the outcomes of the studies may not valid for the actual structural system. To address the study gap, the reliability theory as a useful and powerful method is utilized in the paper. The present study aims to carry out reliability analyses on tall buildings equipped with TMD under near-field pulse-like (NFPL) ground motions considering SSI effects using a subset simulation (SS) method. In the presence of uncertainties of the structural model, TMD device, foundation, soil, and near-field pulse-like ground motions, the numerical studies are performed on a benchmark 40-story building and the failure probabilities of the structures with and without TMD are evaluated. Three types of soils (dense, medium, and soft soils), different earthquake magnitudes (Mw = 7,0. 7,25. 7,5 ), different nearest fault distances (r = 5. 10 and 15 km), and three seismic performance levels of immediate occupancy (IO), life safety (LS), and collapse prevention (CP) are considered in this study. The results show that tall buildings built near faults and on soft soils are more affected by uncertainties of the structural and ground motion models. Hence, ignoring these uncertainties may result in an inaccurate estimation of the maximum seismic responses. Also, it is found the TMD is not able to reduce the failure probabilities of the structure in the IO seismic performance level, especially for high earthquake magnitudes and structures built near the fault. However, TMD is significantly effective in the reduction of failure probability for the LS and CP performance levels. For weak earthquakes and long fault distances, the failure probabilities of both structures with and without TMD are near zero, and the efficiency of the TMD in the reduction of failure probabilities is reduced by increasing earthquake magnitudes and the reduction of fault distance. As soil softness increases, the failure probability of structures both with and without TMD often increases, especially for severe near-fault earthquake motion.
Fontara, Ioanna-Kleoniki M.;Kostinakis, Konstantinos G.;Manoukas, Grigorios E.;Athanatopoulou, Asimina M.
Structural Engineering and Mechanics
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v.53
no.5
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pp.957-979
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2015
The present paper investigates the influence of the orientation of the ground-motion reference axes, the seismic incident angle and the seismic intensity level on the inelastic response of asymmetric reinforced concrete buildings. A single storey asymmetric building is analyzed by nonlinear dynamic analyses under twenty bi-directional ground motions. The analyses are performed for many angles of incidence and four seismic intensity levels. Moreover three different pairs of the horizontal accelerograms corresponding to the input seismic motion are considered: a) the recorded accelerograms, b) the corresponding uncorrelated accelerograms, and c) the completely correlated accelerograms. The nonlinear response is evaluated by the overall structural damage index. The results of this study demonstrate that the inelastic seismic response depends on the orientation of the ground-motion reference axes, since the three individual pairs of accelerograms corresponding to the same ground motion (recorded, uncorrelated and completely correlated) can cause different structural damage level for the same incident angle. Furthermore, the use of the recorded accelerograms as seismic input does not always lead to the critical case of study. It is also shown that there is not a particular seismic incident angle or range of angles that leads to the maximum values of damage index regardless of the seismic intensity level or the ground-motion reference axes.
Near-fault ground motions are characterized by high values of the ratio between the peak of vertical and horizontal ground accelerations, which can significantly affect the nonlinear response of a base-isolated structure. To check the effectiveness of different base-isolation systems for retrofitting a r.c. framed structure located in a near-fault area, a numerical investigation is carried out analyzing the nonlinear dynamic response of the fixed-base and isolated structures. For this purpose, a six-storey r.c. framed building is supposed to be retrofitted by insertion of an isolation system at the base for attaining performance levels imposed by current Italian code in a high-risk seismic zone. In particular, elastomeric (e.g., high-damping-laminated-rubber bearings, HDLRBs) and friction (e.g., steel-PTFE sliding bearings, SBs, or friction pendulum bearings, FPBs) isolators are considered, with reference to three cases of base isolation: HDLRBs acting alone (i.e., EBI structures); in-parallel combination of HDLRBs and SBs (i.e., EFBI structures); FPBs acting alone (i.e., FPBI structures). Different values of the stiffness ratio, defined as the ratio between the vertical and horizontal stiffnesses of the HDLRBs, sliding ratio, defined as the global sliding force divided by the maximum sliding force of the SBs, and in-plan distribution of friction coefficient for the FPs are investigated. The EBI, EFBI and FPBI base-isolation systems are designed assuming the same values of the fundamental vibration period and equivalent viscous damping ratio. The nonlinear dynamic analysis is carried out with reference to near-fault earthquakes, selected and scaled on the design hypotheses adopted for the test structures.
In this study, it has been tried to prepare an analytical fragility curves for isolated straight continues highway bridges by considering different spectral intensity measures. A three-span concrete isolated bridge has been selected and the seismic performance of the bridge has been improved by Lead Rubber Bearing (LRB). Incremental Dynamic Analysis (IDA) is applied to the bridge in longitudinal direction. A suite of 14 earthquake ground motions from medium to sever motions are scaled and used for nonlinear time history analysis. Fragility function considers the relationship of earthquake intensity measures (IM) and probability of exceeding certain Damage State (DS). A full three dimensional finite element model of the isolated bridge has been developed and analyzed. A wide range of different intensity measures are selected and the optimal intensity measure which has the less dispersion is proposed.
While there exists a relatively large body of technical information for the engineered design of wood-frame buildings to resist seismic ground motions, the quantitative assessment of seismic resistance of conventional houses built by prescriptive requirements is less well understood. Forintek Canada Corp., in collaboration with other research and industry partners, has embarked on a research project to address this topic. This paper will report on the seismic shake table tests of a full-scale wood-frame building. The two-story specimen, $6m{\times}6m$ in plan, was built on the seismic shake table at Tongji University in Shanghai, China, according to Part 9 of the 1995 National Building Code of Canada and shaken uni-directionally in each of the two principal directions. Three different seismic table motions were applied at increasing peak ground motion amplitudes up to 0.40 and 0.50 g. The specimen was repaired after the above sets of seismic table motions, and successive runs were conducted for increased door openings. Measurements included specimen accelerations, displacements and anchorage forces. Static stiffness of the specimen was measured at low force levels, and natural frequencies were measured after each seismic loading stage by applying low-level random excitation. The results presented consist of the capacity spectra of the shake table tests, changes in specimen stiffness and natural frequencies with increasing seismic loading. These results and those from other recent shake table tests elsewhere will be compared with simplified engineering calculations based on codified values of strength, and on that basis preliminary conclusions will be drawn on the adequacy of the current code provisions and design guides in Canada and the USA for conventional wood-frame construction.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.27
no.4
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pp.255-263
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2014
In this paper, seismic fragility analysis of lightning arrester is performed using capacity spectrum method(CSM). Since seismic fragility analysis of structure with many structural members is required to calculate many inelastic responses for several tens or hundreds of ground motions, simple method such as CSM is more appropriate than response history analysis(RHA). In general, accuracy of seismic response evaluated by CSM is less than that by RHA. In order to increase accuracy of CSM, equivalent SDOF method and performance point calculation technique are applied to CSM. Seismic fragility method proposed by Shinozuka et al. is used. In order to evaluate site effect of ground motions on seismic fragility, 60 different site classification earthquakes are selected as input ground motions. From the seismic fragility curves of lightning arrester evaluated by CSM and RHA, it can be observed that the seismic fragility curves evaluated by CSM are very similar to those by RHA. Also, it can be observed that main seismic failure mode of lightning arrest is bushing breakage.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2001.11a
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pp.947-952
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2001
This study is to evaluate seismic performance of ordinary moment concrete frames. Base shear and roof displacement relations are obtained from the experiment of 3 story ordinary moment resisting concrete frame. The frame was designed only for gravity loads. The performance of the building is evaluated using capacity spectrum method. Five different seismic zones and three different soil types are considered. For each condition of seismic zone and soil type, ten earthquake ground motions are used to establish the demand spectrum.
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