Little has been understood about the seismic behavior of curved bridges due to the different structural characteristics compared to straight bridges. In this study, a simple numerical model, widely used for seismic analysis, is modified for a more realistic estimation of the seismic behavior. The seismic response of curved bridges obtained with the modified simple numerical model was compared with the result using a more sophisticated model to verify the feasibility. Seismic analyses were performed on three-span continuous curved bridges, which is a structural system widely used in highway structures. Numerical model of the three-span continuous curved bridges were subjected to seismic loads in diverse directions. From the result of the analysis. it was found that the direction of the seismic load have significant effect of the seismic behavior of curved bridges when the central angle exceeds 90 degrees.
The seismic performance of moment frames could vary according to the rotation capacity of their connections. The minimum rotation capacity of moment connections for steel intermediate moment frames (IMF) was defined as 0.02 radian in AISC 341-10. This study evaluated the seismic performance of IMF frames with connections having a rotation capacity of 0.02 radian. For this purpose, thirty IMFs were designed according to current seismic design provisions considering different design parameters such as the number of stories, span length, and seismic design categories. The procedure specified in FEMA P695 was used for conducting seismic performance evaluation. It was observed that the rotation capacity of 0.02 radian could not guarantee the satisfactory seismic performance of IMFs. This study also conducted seismic performance evaluation for IMFs with connections having the rotation capacity of 3% and ductile connections for proposing the minimum rotation capacity of IMF connections.
Earthquake response calculation, parametric analysis and seismic parameter optimization of base-isolated structures are some critical issues for seismic design of base-isolated structures. To calculate the earthquake responses for such non-symmetric and non-classical damping linear systems and to implement the earthquake resistant design codes, a modified complex mode superposition design response spectrum method is put forward. Furthermore, to do parameter optimization for base-isolation structures, a graphical approach is proposed by analyzing the relationship between the base shear ratio of a seismic base-isolation floor to non-seismic base-isolation one and frequency ratio-damping ratio, as well as the relationship between the seismic base-isolation floor displacement and frequency ratio-damping ratio. In addition, the influences of mode number and site classification on the seismic base-isolation structure and corresponding optimum parameters are investigated. It is demonstrated that the modified complex mode superposition design response spectrum method is more precise and more convenient to engineering applications for utilizing the damping reduction factors and the design response spectrum, and the proposed graphical approach for parameter optimization of seismic base-isolation structures is compendious and feasible.
Using fluid dampers to connect adjacent buildings for enhancing their seismic resistant performance has been recently investigated but limited to linear elastic adjacent buildings only. This paper presents a study of inelastic seismic response of adjacent buildings linked by fluid dampers. A nonlinear finite element planar model using plastic beam element is first constructed to simulate two steel frames connected by fluid dampers. Computed linear elastic seismic responses of the two steel frames with and without fluid dampers under moderate seismic events are then compared with the experimental results obtained from shaking table tests. Finally, elastic-plastic seismic responses of the two steel frames with and without fluid dampers are extensively computed, and the fluid damper performance on controlling inelastic seismic response of the two steel frames is assessed. The effects of the fundamental frequency ratio and structural damping ratio of the two steel frames on the damper performance are also examined. The results show that not only in linear elastic stage but also in inelastic stage, the seismic resistant performance of the two steel frames of different fundamental frequencies can be significantly enhanced if they are properly linked by fluid dampers of appropriate parameters.
One of the most important and challenging steps in seismic vulnerability and performance assessment of highway bridges is the determination of the bridge component damage parameters and their corresponding limit states. These parameters are very essential for defining bridge damage state as well as determining the performance of highway bridges under a seismic event. Therefore, realistic damage limit states are required in the development of reliable fragility curves, which are employed in the seismic risk assessment packages for mitigation purposes. In this article, qualitative damage assessment criteria for ordinary highway bridges are taken into account considering the critical bridge components in terms of proper engineering demand parameters (EDPs). Seismic damage of bridges is strongly related to the deformation of bridge components as well as member internal forces imposed due to seismic actions. A simple approach is proposed for determining the acceptance criteria and damage limit states for use in seismic performance and vulnerability assessment of ordinary highway bridges in Turkey constructed after the 1990s. Physical damage of bridge components is represented by three damage limit states: serviceability, damage control, and collapse prevention. Inelastic deformation and shear force demand of the bent components (column and cap beam), and superstructure displacement are the most common causes for the seismic damage of the highway bridges. Each damage limit state is quantified with respect to the EDPs: i.e. curvature and shear force demand of RC bent components and superstructure relative displacement.
Valdes-Vazquez, Jesus G.;Garcia-Soto, Adrian D.;Chiumenti, Michele;Hernandez-Martinez, Alejandro
Earthquakes and Structures
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제20권2호
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pp.161-173
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2021
The structural behavior of a tensile fabric structure, known as hypar, is investigated. Seismic-induced stresses in the fabric and axial forces in masts and cables are obtained using accelerograms recorded at different regions of the world. Time-history analysis using each recording are performed for the hypar by using finite element simulation. It is found that while the seismic stresses in the fabric are not critical for design, the seismic tensile forces in cables and the seismic compressive forces in masts should not be disregarded by designers. This is important, because the seismic design is usually not considered so relevant, as compared for instance with wind design, for these types ofstructures. The most relevant findings of this study are: 1) dynamic axial forces can have an increase of up to twice the static loading when the TFS is subjected to seismic demands, 2) large peak ground accelerations seem to be the key parameter for significant seismic-induced axial forces, but not clear trend is found to relate such forces with earthquakes and site characteristics and, 3) the inclusion or exclusion of the form-finding in the analysis procedure importantly affects results ofseismic stresses in the fabric, but not in the frame.
Structural design of the vertical displacements and shear strains in the earth fill (EF) dams has great importance in the structural engineering problems. Moreover, far fault earthquakes have significant seismic effects on seismic damage performance of EF dams like the near fault earthquakes. For this reason, three dimensional (3D) earthquake damage performance of Oroville dam is assessed considering different far-fault ground motions in this study. Oroville Dam was built in United States of America-California and its height is 234.7 m (770 ft.). 3D model of Oroville dam is modelled using FLAC3D software based on finite difference approach. In order to represent interaction condition between discrete surfaces, special interface elements are used between dam body and foundation. Non-reflecting seismic boundary conditions (free field and quiet) are defined to the main surfaces of the dam for the nonlinear seismic analyses. 6 different far-fault ground motions are taken into account for the full reservoir condition of Oroville dam. According to nonlinear seismic analysis results, the effects of far-fault ground motions on the nonlinear seismic settlement and shear strain behaviour of Oroville EF dam are determined and evaluated in detail. It is clearly seen that far-fault earthquakes have very significant seismic effects on the settlement-shear strain behaviour of EF dams and these earthquakes create vital important seismic damages on the swelling behaviour of dam body surface. Moreover, it is proposed that far-fault ground motions should not be ignored while modelling EF dams.
A probabilistic seismic damage analysis is an essential procedure to identify seismically vulnerable structures, prioritize the seismic retrofit, and ultimately minimize the overall seismic risk. To assess the seismic risk of multiple structures within a region, a large number of nonlinear time-history structural analyses must be conducted and studied. As a result, each assessment requires high computing resources. To overcome this limitation, we explore a deep learning-based metamodel to enable the prediction of the mean and the standard deviation of the seismic damage distribution of track-on steel-plate girder railway bridges in Korea considering the geometric variation. For machine learning training, nonlinear dynamic time-history analyses are performed to generate 800 high-fidelity datasets on the seismic response. Through intensive trial and error, the study is concentrated on developing an optimal machine learning architecture with the pre-identified variables of the physical configuration of the bridge. Additionally, the prediction performance of the proposed method is compared with a previous, well-defined, response surface model. Finally, the statistical testing results indicate that the overall performance of the deep-learning model is improved compared to the response surface model, as its errors are reduced by as much as 61%. In conclusion, the model proposed in this study can be effectively deployed for the seismic fragility and risk assessment of a region with a large number of structures.
The ductility of the system based on the capacity of each structural member constituting the seismic force-resisting system is a significant factor determining the structure's seismic performance. This study aims to provide a procedure to supplement the current seismic design criteria to secure the system's ductility and improve the seismic performance of the steel ordinary moment frames. For the study, a nonlinear analysis was performed on the 9- and 15-story model buildings, and the formation of collapse mechanisms and damage distribution for dynamic loads were analyzed. As a result of analyzing the nonlinear response and damage distribution of the steel ordinary moment frame, local collapse due to the concentration of structural damage was observed in the case where the influence of the higher mode was dominant. In this study, a procedure to improve the seismic performance and avoid inferior dynamic response was proposed by limiting the strength ratio of the column. The proposed procedure effectively improved the seismic performance of steel ordinary moment frames by reducing the probability of local collapse.
There are obvious differences between the characteristics of offshore ground motion and onshore ground motion in current studies, and factors such as water layer and site conditions have great influence on the characteristics of offshore ground motion. In addition, unlike seismic response analysis of offshore superstructures such as sea-crossing bridges, tunnels are affected by offshore soil constraints, so it is necessary to consider the dynamic interaction between structure and offshore soil layer. Therefore, a seismic response analysis model considering the seawater, soil layer and tunnel structure coupling is established. Firstly, the measured offshore and different soil layers onshore ground records are input respectively, and the difference of seismic response under different types of ground motions is analyzed. Then, the models of different site conditions were input into the measured onshore bedrock strong ground motion records to study the influence of seawater layer and silt soft soil layer on the seabed and tunnel structure. The results show that the overall seismic response between the seabed and the tunnel structure is more significant when the offshore ground motion is input. The seawater layer can suppression the vertical seismic response of seabed and tunnel structure, while the slit soft soil layer can amplify the horizontal seismic response. The results will help to promote seismic wave selection of marine structures and provide reference for improving the accuracy of seismic design of immersed tunnels.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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