Through lessons in recent earthquakes, the bridge engineering community recognizes the need for new seismic design methodologies based on the inelastic structural performance of RC bridge structures. This study represents results of performance-based fragility analysis of reinforced concrete (RC) bridge. Monte carlo simulation is performed to study nonlinear dynamic responses of RC bridge. Two-parameter log-normal distribution function is used to represent the fragility curves. These two-parameters, referred to as fragility parameters, are estimated by the traditional maximum likelihood procedure, which is treated each event of RC bridge pier damage as a realization of Bernoulli experiment. In order to formulate the fragility curves, five different damage states are described by two practical factors: the displacement and curvature ductility, which are mostly influencing on the seismic behavior of RC bridge piers. Five damage states are quantitatively assessed in terms of these seismic ductilities on the basis of numerous experimental results of RC bridge piers. Thereby, the performance-based fragility curves of RC bridge pier are provided in this paper. This approach can be used in constructing the fragility curves of various bridge structures and be applied to construct the seismic hazard map.
Many losses of life and extensive damage of social infrastructures have occurred due to moderate and strong earthquakes all over the world. In this research various design parameters have been evaluated to develop a rational seismic design code of rectangular reinforced concrete(RC) bridge piers. It was confirmed from this study that the axial force ratio and longitudinal steel ratio were most influencing design parameters on the seismic displacement ductility from experimental results of 54 rectangular RC bridge piers, which were tested at domestic and foregin countries. However, these important parameters are not considered in the confinement steel ratio of Korea Highway Bridge Design Specification(KHBDS). The objective of this study is to propose a rational design provision for the transverse reinforcement of rectangular RC bridge piers. New confinement steel ratio is proposed by reflecting the effect of the axial force and longitudinal steel into the current code of KHBDS. furthermore, minimum transverse confinement steel ratio is also proposed to avoid a probable buckling of longitudinal reinforcing steels of RC bridge piers with a relatively low axial force. New practical code can alleviate the rebar congestion in the plastic hinge region of RC bridge pier, which contributes to construct RC bridge piers in a simple and economic way.
Recent earthquakes have damaged some bridges located on the Pacific Coast of Mexico; these bridges have been retrofitted or rebuilt. Based on the fact that the Pacific Coast is a highly active seismic zone where most of the strong earthquakes in the country occur, one fertile and important area of research is the study of the vulnerability of both new and existent bridges located in this area that can be subjected to strong earthquakes. This work is focused on estimating the contribution of some parameters identified to have major influence on the seismic vulnerability of reinforced concrete bridges. Ten models of typical reinforced concrete (RC) bridges, and two existing bridges located close to the Pacific Coast of Mexico are considered. The group of structures selected for the study is based on two span bridges, two pier heights and two substructure types. The bridges were designed according to recent codes in Mexico. For the vulnerability study, the capacity of the structure was evaluated based on the FEMA recommendations. On the other hand, the demand was evaluated using a group of more than one hundred accelerograms recorded close to the subduction zone of Mexico. The results show that the two existent bridges analyzed show similar trends of behavior of the group of bridge models studied. In spite of the contribution that traditional variables (height and substructure type) had to the bridge seismic response, the bridge length was also found to be one of the parameters that most contributed to the seismic vulnerability of these RC medium-length bridges.
A three-dimensional (3D) numerical analysis for the train-bridge interaction (TBI) system is actively developed in this study in order to investigate the vibration characteristics of rigid-frame reinforced concrete (RC) viaducts in both vertical and lateral directions respectively induced by running high-speed trains. An analytical model of the TBI system is established, in which the high-speed train is described by multi-DOFs vibration system and the rigid-frame RC viaduct is modeled with 3D beam elements. The simulated track irregularities are taken as system excitations. The numerical analytical algorithm is established based on the coupled vibration equations of the TBI system and verified through the detailed comparative study between the computation and testing. The vibration responses of the viaducts such as accelerations, displacements, reaction forces of pier bottoms as well as their amplitudes with train speeds are calculated in detail for both vertical and lateral directions, respectively. The frequency characteristics are further clarified through Fourier spectral analysis and 1/3 octave band spectral analysis. This study is intended to provide not only a simulation approach and evaluation tool for the train-induced vibrations upon the rigid-frame RC viaducts, but also instructive information on the vibration mitigation of the high-speed railway.
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.
The near fault ground motion (NFGM) is characterized by a single long period velocity pulse with large magnitude. NFGMs have been observed in recent strong earthquakes, Northridge (1994), Japan Kobe (1995), Turkey Izmit (1999), China Sichuan (2008), Haiti (2010) etc. These strong earthquakes have caused considerable damage to infrastructures because the epicenter was close to the urban area, called as NFGM. Extensive research for the far field ground motion (FFGM) have been carried out in strong seismic region, but limited research have been done for NFGM in low or moderate seismic regions because of very few records. The purpose of this research is to investigate and analyze the seismic response of reinforced concrete bridge piers subjected to near-fault ground motions. The seismic performance of six RC bridge piers depending on three confinement steel ratios and three superstructure mass was investigated on the shaking table. From these experimental results, it was confirmed that the reduction of seismic performance was observed for test specimens with lower confinement steel ratio or more deck weight. The displacement ductility of RC bridge piers in terms of the stiffness degradation is proposed based on test results the shaking table.
This study proposes a novel longitudinal self-centering earthquake resistant system for reinforced concrete (RC) continuous bridges by using superelastic shape memory alloy (SMA) reinforcement and friction dissipation mechanism. The SMA reinforcing bars are implemented in the fixed piers to provide self-recentering forces, while the friction dampers are used at the movable substructures like end abutments to enhance the energy dissipation of the bridge system. A reasonable balance between self-centering and energy dissipation capacities should be well achieved by properly selecting the parameters of the SMA rebars and friction dampers. A two-span continuous bridge with one fixed pier and two abutments is chosen as a prototype for illustration. Different longitudinal earthquake resistant systems including the proposed one in this study are investigated and compared. The results indicate that compared with the designs of over-dissipation (e.g., excessive friction) and over-self-centering (e.g., pure SMAs), the proposed system with balanced design between self-centering and energy dissipation would perform satisfactorily in controlling both the peak and residual displacement ratios of the bridge system.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.2
no.4
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pp.155-168
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1998
In this paper, the structural properties of the existing reinforced concrete(RC) piers are surveyed and the major factors influencing the member strength and deformation capacity are identified. Also a seismic evaluation procedure of RC piers is presented. The factors controlling the member strength are the applied axial load, the reinforcement ratio and yield strength of longitudinal rebar for flexural strength, and the transverse reinforcement for shear strength. Member deformation capacity largely depends on transverse reinforcement ratio and anchor detail, and splice location of longitudinal reinforcement. The above structural detail should be investigated for the detail seismic evaluation of RC piers. The most of existing RC piers have inadequate transverse reinforcement anchor details and the splices of longitudinal reinforcement in the pier bottom where plastic hinges are formed after yielding. Therefore the deformation capacity is not enough for the ductile flexural behavior of the RC piers. The presented evaluation procedure can be used for the rational decisions as to seismic retrofitting of the existing RC piers.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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1998.10a
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pp.128-135
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1998
In this study, the unseating failure of the bridge spans under seismic excitations is examined by investigation the nonlinear response behaviors of the bridge system with reinforced concrete piers. To reduce the computational effort and to consider the effect of the foundation motions, a simplified 3 degree-of-freedom model is proposed, which retains the dynamic characteristics of the original bridge motions in concern. To imply the nonlinear behaviors of the RC piers to the system. a hysteresis model is utilized from the calculated force-deformation curve for the piers. The statistical characteristics of the maximum response displacements are obtained from the simulation results of 1000 time history analysis.
Jeon, Jeong Moon;Shin, Jae Kwan;Shim, Jae Yeob;Lee, Do Hyung
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.34
no.6
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pp.1695-1705
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2014
In the present study, a total of 275 tested specimens (149 of non-seismically designed and 126 of seismically designed) for reinforced concrete bridge piers with circular section have been investigated in order to suggest drift limits probabilistically according to damage states in seismic fragility analysis. Thus, quantitative damage states of the piers have been evaluated depending on details of the piers. Nonlinear time-history analyses have been conducted for a damaged bridge in terms of using the suggested drift limits. Then, seismic fragility analysis for a reinforced concrete bridge structure has been conducted using both suggested and existing drift limits. Comparative analyses have revealed that median values by the suggested limits is smaller than those by the existing limits. This implies that seismic performance of the structure can be overestimated when the existing limits are used.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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