Zabihi, Alireza;Tsang, Hing-Ho;Gad, Emad F.;Wilson, John L.
Structural Engineering and Mechanics
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제71권4호
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pp.341-350
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2019
Exterior beam-column joint is typically the weakest link in a limited-ductile reinforced concrete (RC) frame structure. The use of diagonal haunch element has been considered as a desirable seismic retrofit option for reducing the seismic demand at the joint. Previous research globally has focused on implementing double haunches, while the use of single haunch element as a less-invasive and more architecturally favorable retrofit option has not been investigated. In this paper, the key formulations and a design procedure for the single haunch system for retrofitting RC exterior beam-column joint are developed. An application of the proposed design procedure is then illustrated through a case study.
최근까지 우리나라는 활성단층으로부터 멀리 떨어져 있기 때문에 지진에 대하여 안전지대라 여기었다. 그러나 최근의 강진으로 인간의 생명과 국가 경제에 막대한 손실을 발생시킨다는 것을 인지하게되었다. 따라서 최근에는 사회기간시설물에 대한 내지설계의 중요성이 부각되고 있다. 본 연구에서는 82개 원형단면과 54개의 사각단면의 철근콘크리트 교각에 대한 국내외의 실험 결과를 이용하여 철근콘크리트 교각의 내진설계와 성능평가에 대한 새로운 방법을 제안하였다. 제안된 새로운 내진설계법은 중저진지역에 속하는 우리나라의 실정에 맞도록 한정연성설계 개념을 도입하였다. 또한 우리나라의 철근콘크리트 교각의 내진성능에 있어 중요한 점은 1992년 내지설계규정이 도입되기 이전에 시공된 교각들의 내진성능 확보이다. 따라서 제안된 철근콘크리트 교각의 내진성능평가식은 기존 교각들의 내진 보수 및 보강 방안을 선정하는데 유익하게 사용될 수 있으리라 판단된다.
The object of this research is to evaluate the seismic performance of existing RC bridge piers that were constructed before the adoption of the seismic design provision of Korea Bridge Design Specification in 1992. In this research, adopted test parameters were limited ductile design or non-seismic design, aspect ratio, confinement steel type, loading pattern, lap-spliced ratio for longitudinal reinforcement. This study has been performed to verify the effect of test parameter by quasi-static test. Quasi-static test has been done to investigate the physical seismic performance of RC bridge piers, such as lateral force-displacement hysteretic curve, envelope curve etc. It has been observed that seismic performance of lap-spliced test specimen, non-seismically designed specimens, was significantly reduced.
Farag, Mousa M.N.;Mehanny, Sameh S.F.;Bakhoum, Mourad M.
Earthquakes and Structures
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제9권1호
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pp.195-219
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2015
A partial (hybrid) seismic isolation scheme for precast girder bridges in the form of a "buffer-gap-elastomeric bearings" system has been endorsed in the literature as an efficient seismic design system. However, no guides exist to detail an optimal gap size for different configurations. A numerical study is established herein for different scenarios according to Euro code seismic requirements in order to develop guidelines for the selection of optimal buffer-gap arrangements for various design cases. Various schemes are hence designed for ductile and limited ductility behavior of the bridge piers for different seismic demand levels. Seven real ground records are selected to perform incremental dynamic analysis of the bridges up to failure. Bridges with typical short and high piers are studied; and different values of initial gaps at piers are also investigated varying from a zero gap (i.e., fully locked) condition up to an initial gap at piers that is three quarters the gap left at abutments. Among the main conclusions is that the as-built initial gaps at piers (and especially large gap sizes that are ${\geq}1/2$ as-built gaps at abutments) do not practically reduce the seismic design demand and do not affect the reserve capacity of the bridge against failure for bridges featuring long piers, especially when these bridges are designed a priori for ductile behavior. To the contrary, the "buffer-gap-elastomeric bearings" system is more effective for the bridge schemes with short piers having a large difference between the stiffness of the bearings and that of their supporting (much stiffer) squat piers, particularly for designs with limited ductility. Such effectiveness is even amplified for the case of larger initial as-built gap sizes at piers.
Pseudo dynamic test is an on-line computer control method to achieve the realism of shaking table test with the economy and versatility of the conventional quasi-static approach. Pseudo dynamic tests of four full-size RC bridge piers have been carried out to investigate their seismic performance. For the purpose of precise evaluation, the experimental investigation was conducted to study the seismic performance of the real size specimen, which is constructed for highway bridge piers in Korean peninsula. Since it is believed that Korea belongs to the moderate seismicity region, three test specimens were designed in accordance with limited ductility design concept. Another one test specimen was nonseismically designed according to a conventional code. Important test parameters were transverse reinforcement and lap splicing. Lap splicing was frequently used in the plastic hinge region of many bridge columns. Furthermore, the seismic design code is not present about lap splice in Korean Roadway Bridge Design Code. The results show that specimens designed according to the limited ductility design concept exhibit higher seismic resistance. Specimens with longitudinal steel lap splice in the plastic hinge region appeared to significantly fail at low ductility level.
Korea is considered to be immune from the earthquake hazard because it is located far away from the active fault. However, recent earthquake caused a loss of lives and economical loss worldwide. Hence there has been raised an importance of the earthquake resistant design for various infrastructures. In this research, the seismic design and evaluation criterion for RC bridge pier were proposed from the experimental results of 82 circular RC bridge piers tested in domestic and aboard. New seismic criterion was introduced the limited ductile design provision suitable to Korean peninsula, which would be classified as a low or moderate seismic region. In addition, further important topic for the seismic safety of RC bridge piers in Korea is the seismic performance enhancement of RC bridge piers, which were designed and constructed before the 1992 seismic design provision. Therefore, the proposed seismic performance evaluation criterion could be very useful to judge seismic retrofit need or not according to the residual seismic performance of the RC bridge piers. Also, it could reduce an uncertainty for the safety of the infrastructure under earthquakes.
In regions of high seismic risk, high-strength concrete (HSC) columns of tall buildings are designed to be fully ductile during earthquake attack by providing substantial amount of confining steel within the critical region. However. in areas of low to moderate seismic risk, the same provision of confining steel is too conservative because of the reduced seismic demand. More critically, it causes problematic steel congestion in the beam-column joints and column critical region. This will eventually affect the quality of concrete placing owing to blockage. To relieve the problem, the confining steel in the critical region of HSC columns located in low to moderate seismicity regions can be suitably reduced, while maintaining a limited ductility level. Despite the advantage, there are still no guidelines developed for designing limited ductility HSC columns. In this paper, a formula for designing limited ductility HSC columns is presented. The validity of the formula was verified by testing half-scale HSC columns subjected to combined high-axial load and flexure, in which the confining steel was provided as per the proposed formula. From the test results, it is evident that the curvature ductility factors obtained for all these columns were about 10, which is the generally accepted level of limited ductility.
It is known that lap splices in the longitudinal reinforcement of reinforced concrete (RC) bridge columns are not desirable for seismic performance, but it is sometimes unavoidable. Lap splices were practically located in the potential plastic hinge region of most bridge columns that were constructed before the 1992 seismic design provisions of the Korea Bridge Design Specification. The objective of this research is to evaluate the seismic performance of reinforced concrete (RC) bridge piers with lap splicing of longitudinal reinforcement in the plastic hinge region, to develop an enhancement scheme for their seismic capacity by retrofitting with glassfiber sheets, and to assess a damage of bridge columns subjected to seismic loadings for the development of rational seismic design provisions in low or moderate seismicity region. Nine (9) test specimens with an aspect ratio of 4 were made with three confinement ratios and three types of lap splice. Quasi-static tests were conducted in a displacement-controlled way under three different axial loads. A significant reduction of displacement ductility was observed for test columns with lap splices of longitudinal reinforcements, whose displacement ductility could be greatly improved by externally wrapping with glassfiber sheets in the plastic hinge region. A damage of the limited ductile specimen was assessed to be relatively small.
This paper investigated the seismic behaviour of an innovated non-ductile precast concrete wall structural system; namely HC Precast System (HCPS). The system comprises load-bearing precast wall panels merely connected only to column at both ends. Such study is needed because there is limited research information available in design codes for such structure particularly in regions having low to moderate seismicity threats. Experimentally calibrated numerical model of the wall system was used to carry out nonlinear pushover analyses with various types of lateral loading patterns. Effects of laterally applied single point load (SPL), uniformly distributed load (UDL), modal distributed load (MDL) and triangular distributed load (TDL) onto global behaviour of HCPS were identified. Discussion was focused on structural performance such as ductility, deformability, and effective stiffness of the wall system. Thus, a new method for engineers to estimate the nonlinear deformation of HCPS through linear analysis was proposed.
In present Korea Highway Bridge Standards the lap splice of longitudinal bars in a potential plastic hinge region is allowed so that large amount of transverse rebar specified in high seismicity regions Is required to prevent brittle bond failure If the brittle failure effects can be completely removed from the conventional designed piers, the amount of transverse rebar will be reduced drastically. In this study scaled models with solid and hollow rectangular sections were tested to investigate the seismic behavior of RC piers with 50% of lap-spliced longitudinal bars in plastic hinge regions. In the tests the typical flexural failure conducting a ductile behavior were observed in both models. It is shown that the 50% of lap-spliced bars can be considered as a good alternative of seismic detailing for longitudinal bars.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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