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.
The transition zone between an earthwork and a bridge effect to the vehicle's running stability because support stiffness of the roadbed is suddenly changed. The design criteria for the transition structure on ballast track were not particular in the past. However with the introduction of concrete track is introduced, it requires there is a higher performance level required because of maintenance and running stability. In this present paper, a transition structure reinforced with geosynthetics is suggested to improve the performance of existing bridge-earthwork transition structures. The suggested transition structure, in which there is reinforcing of the approach block using high-tension geosynthetics, has a structure similar to that of earth reinforced abutments. The utilized backfill materials are cement treated soil and gravel. These materials are used to reduce water intrusion into the approach block and to increase the recycling of surplus earth materials. An experiment was performed under the same conditions in order to allow a comparison of this new structure with the existing transition structure. Evaluation items are elastic displacement, cumulative settlement, and earth pressure. As for the results of the real-scale accelerated testing, the suggested transition structure has excellent performance for the reduction of earth pressure and settlement. Above all, it has high resistance the variation of the water content.
The bridge piers under service suffered a brittle failure due to the deterioration of lap-spliced longitudinal reinforcement without developing its flexural capacity or ductility. The earthquake induced lateral force results in tension which causes bond-slip failure at the lap-spliced region in circular bridge piers. In this case, such a brittle failure can be controlled by the seismic retrofit using FRP laminated circular tube. The retrofitted piers using FRP laminated circular tube showed significant improvement in seismic performance due to FRP's confinement effect. This paper presents the analytical results on the seismic strengthening effect of circular bridge piers with poor lap-splice details and strengthened with FRP laminated circular tube. FRP's confinement effect is predicted by the classical elasticity solution for the laminated circular tube manufactured with several layers. The FRP laminated circular tube induces the flexural failure instead of a bond-slip failure of the circular reinforced concrete piers under seismic induced lateral forces. To investigate the correctness and effectiveness of analytical solution derived in this study, the analytical results were compared with the experimental data and it was confirmed that the results were correlated well each other, The effects on the confinement of FRP laminated circular tube, such as the number of layers, the fiber orientations, and the mechanical properties, were investigated. From the parametric study, it was found that the number of layers, the fiber orientations, and the major Young's modulus (E11) of the FRP laminated circular tube were the dominant parameters affecting the confinement of reinforced concrete circular bridge piers.
Over the past couple decades, externally bonded fiber reinforced polymer (FRP) composites have emerged as a repair and strengthening material for many concrete infrastructure applications. This paper presents an analytical investigation of the use of carbon FRP (CFRP) for a specific problem that occurs in concrete bridge girders wherein the girder ends are damaged by excessive exposure to deicing salts and numerous freezing/thawing cycles. A 3D finite element (FE) model of a full scale prestressed concrete (PC) I-girder is used to investigate the effect of damage to the cover concrete and stirrups in the end region of the girder. Parametric studies are performed using externally bonded CFRP shear laminates to determine the most effective repair schemes for the damaged end region under a short shear span-to-depth ratio. Experimental results on shear pull off tests of CFRP laminates that have undergone accelerated aging are used to calibrate a bond stress-slip model for the interface between the FRP and concrete substrate and approximate the reduced bond stress-slip properties associated with exposure to the environment that causes this type of end region damage. The results of these analyses indicate that this particular application of this material can be effective in recovering the original strength of PC bridge girders with damaged end regions, even after environmental aging.
Current dental restorations present a relatively weak resistance to fracture. Owing to their unique mechanical properties, fibre-reinforced polymers are now being considered. Unidirectional or woven continuous fibres, made of glass, polyethylene, carbon or Kevlar, have been evaluated. This study focused on the use of glass fibre knitted fabrics to reinforce acrylate resins, in order to investigate the possibility to construct single crowns as well as three unit bridges. Some points affecting the final composite system were tested ; 1) static strength, with focus on the stress transfer under a occlusal contact point ; 2) modelling of a three nit bridge ; 3) fatigue strength as a posterior three unit bridge material. The study demonstrated that knitted fabric reinforcements are showing an interesting compromise between stiffness, static strength for single crown. For three unit bridge applications in the posterior arch, however knitted glass fabric reinforcements were not strong enough in fatigue An additional reinforcement in the posterior arch fixed partial denture design was recommended.
Identification of the nonlinear hysteretic behavior of a reinforced concrete (RC) bridge pier subjected to earthquake loads is carried out based on acceleration measurements of the earthquake motion and bridge responses. The modified Takeda model is used to describe the hysteretic behavior of the RC pier with a small number of parameters, in which the nonlinear behavior is described in logical forms rather than analytical expressions. Hence, the modified extended Kalman filter is employed to construct the state transition matrix using a finite difference scheme. The sequential modified extended Kalman filter algorithm is proposed to identify the unknown parameters and the state vector separately in two steps, so that the size of the problem for each identification procedure may be reduced and possible numerical problems may be avoided. Mode superposition with a modal sorting technique is also proposed to reduce the size of the identification problem for the nonlinear dynamic system with multi-degrees of freedom. Example analysis is carried out for a continuous bridge with a RC pier subjected to earthquake loads in the longitudinal and transverse directions.
This study aims to identify the effect of both longitudinal reinforcement details and damage level on making a decision of repairing pre-damaged bridge columns using basalt fiber reinforced polymer (BFRP) jackets. Two RC bridge columns with improper details of the longitudinal and/or transverse reinforcement were tested under the effect of a constant axial load and increasing lateral cyclic loading. Test results showed that the lap-splice column exhibited an inferior performance where it showed rapid degradation of strength before achieving the theoretical strength and its deformation capacity was limited; however, quick restoration is possible through a suitable rehabilitation technique. On the other hand, expensive repair or even complete replacement could be the decision for the column with the confinement failure mode. After that, a rehabilitation technique using external BFRP jacket was adopted. Performance-based design details guaranteeing the enhancement in the inelastic performance of both damaged columns were addressed and defined. Test results of the repaired columns confirmed that both reparability and the required repairing time of damage structures are dependent on the reinforcement details at the plastic hinge zone. Furthermore, lap-splice of longitudinal reinforcement could be applied as a key design-tool controlling reparability and restorability of RC structures after massive actions.
Kim, Tae-Hoon;Son, Yun-Ki;Yang, Nam-Seok;Lee, Seung-Hoon
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.27
no.5
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pp.403-412
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2014
This paper presents special-purpose design program and plastic design results for hollow RC bridge columns with reinforcement details for material quantity reduction. The developed reinforcement details has economic feasibility and rationality and makes construction periods shorter. This study documents the economic evaluation of hollow reinforced concrete bridge column systems with reinforcement details for material quantity reduction and presents conclusions based on the application findings. As a result, the proposed reinforcement details for material quantity reduction were designed prior to the existing reinforcement details in terms of structural rationality, constructability, and economic.
Quintero, Russ;Wei, Jun;Galati, Nestore;Nanni, Antonio
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.1
no.1
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pp.29-36
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2007
The purpose of this paper is the assessment of the capacity of the reinforced concrete (RC) elements of an arch bridge when they are subjected to contact and near-contact explosive charges of various amounts, and the estimation of the critical charges for these components. The bridge considered is the Tenza Viaduct, a decommissioned structure south of Naples, Italy. Its primary elements, deck, piers and arches were analyzed. The evaluation was accomplished via numerical analyses that made possible to obtain the elements dynamic response when they are exposed to blast loading conditions. To evaluate the member's capacities, failure criteria for deck, piers and arches were proposed based on concrete damage parameters. Additionally, curves relating the explosive charge to the residual capacity and to damage level of the elements were also developed. The results of this work were taken into account to investigate the progressive collapse of the global structure.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.22
no.5
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pp.271-280
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2018
This paper presents a framework for developing aftershock fragility curves for reinforced concrete bridges initially damaged by mainshocks. The presented aftershock fragility is a damage-dependent fragility function, which is conditioned on an initial damage state resulting from mainshocks. The presented framework can capture the cumulative damage of as-built bridges due to mainshock-aftershock sequences as well as the reduced vulnerability of bridges repaired with CFRP pier jackets. To achieve this goal, the numerical model of column jackets is firstly presented and then validated using existing experimental data available in literature. A four-span concrete box-girder bridge is selected as a case study to examine the application of the presented framework. The aftershock fragility curves are derived using response data from back-to-back nonlinear dynamic analyses under mainshock-aftershock sequences. The aftershock fragility curves for as-built bridge columns are firstly compared with different levels of initial damage state, and then the post-repair effect of FRP pier jacket is examined through the comparison of aftershock fragility curves for as-built and repaired piers.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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