Yan Liang;Jing-Xiao Shu;Cheng-Xin Zhao;Xi Dong Wang;Guang Yu Yang
Earthquakes and Structures
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제26권4호
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pp.269-283
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2024
When a reinforced concrete (RC) structure is exposed to a corrosive environment for an extended period of time, the material qualities deteriorate, resulting in a loss in seismic performance. Engineered Cementitious Composites (ECC) have been used to reinforce the corroded RC structure, which can achieve reinforcement effectiveness for a small change in cross-section size. In this work, finite element models of unjacketed RC pier and ECC jacketed pier were established and verified by experimental tests, with the buckling effect of longitudinal reinforcement considered. Compared with the unjacketed pier, the displacement of the pier top of the ECC jacketed pier was reduced by about 9.52% under earthquake action. In the case of moderate and major earthquakes, the probability of exceedance of ECC jacketed pier is significantly reduced. For the case of rare earthquake loading, with the ECC jacket, the e of the pier experiencing serious damage and complete damage states is reduced by 10.29% and 29.78%, respectively.
In order to obtain the impact of socket connection interface forms and socket gap sizes on the seismic performance of reinforced concrete (RC) socket prefabricated bridge piers, quasi-static tests for three socket prefabricated piers with different column-foundation connection interface forms and reserved socket gap sizes, as well as to the corresponding cast-in-situ reinforced concrete piers, were carried out. The influence of socket connection structure on various seismic performance indexes of socket prefabricated piers was studied by comparing and analyzing the hysteresis curve and skeleton curve obtained through the experiment. Results showed that the ultimate failure mode of the socket prefabricated pier with circumferential corrugated treatment at the connection interface was the closest to that of the monolithic pier, the maximum bearing capacity was slightly less than that of the cast-in-situ pier but larger than that of the socket pier with roughened connection interface, and the displacement ductility and accumulated energy consumption capacity were smaller than those of socket piers with roughened connection interface. The connection interface treatment form had less influence on the residual deformation of socket prefabricated bridge piers. With the increase in the reserved socket gap size between the precast pier column and the precast foundation, the bearing capacity of the prefabricated socket bridge pier component, as well as the ductility and residual displacement of the component, would be reduced and had unfavorable effect on the energy dissipation property of the bridge pier component.
In this study, the investigation of hydraulic characteristics and the pier data for the rivers in Youngseo area of Gangwon Province was carried out and the evaluation and comparison between the values from existing formulas and the values from the model tests was conducted, along with the statistical sensitivity analysis of the elements influencing the scour. As a result, the deviation between the values calculated from the existing formulas and the model tests appeared to be 1.09%~63.98% as the piers were getting larger, which indicated that the existing formulas were not appropriate to estimate the scour in the rivers in Gangwon area. And the formula which estimates the scour with the size of the pier only, among the existing ones, was far behind in estimating the sensitivity because of insufficient incorporation of the hydraulic characteristics, though it is convenient to estimate the value. The sensitivity analysis of the value from the model tests and the depth of the scour proved the significant impact on scour by the size of the pier and water depth, indicating 64% and 36%, respectively. In this study, the formula developed through the regression analysis performed based on the values from the model tests, which appeared to be appropriate for the rivers in Gangwon Province, was proposed.
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.
Hydrodynamic field alteration around a cylindrical pier using a curved vane is numerically investigated. The curved vane with various angles ranged from 10 to 220 degree is placed at the upstream of the cylindrical pier. Laminar flow is adopted in order to perform the steady-state analysis. It is found that the flow separation leads to the formation of four bubbles depending on the value of the curved vane angle. Two bubbles are located in the region between the rear of the curved vane and the leading surface of the cylindrical pier, while the remaining two bubbles are located at the wake zone behind the cylindrical pier. Numerical analysis is performed to reveal the hydrodynamic field and influence of curved vane on the formation and evolution of the bubbles. It is found that the center and size of the bubble depend mainly on the value of the curved vane angle. It is observed that the flow velocity vector shows clearly the alteration in the flow velocity direction especially at the leading surface and rear surface of the curved vane owing to the occurrence of flow separation and flow dissipation along the circumference of the vane.
2경간 연속 철도교의 종방향 거동에 영향을 미치는 여러 인자들에 대해서 연구하였다. 그 인자들로는 교각 강성의 크기, 교각의 높이, 교각기초의 크기와 교각받침의 강성을 변화시켜 그에 따른 변화양상을 살펴보았다. 그 결과 고정단 교각에서의 여러 인자들의 변화에 따른 종방향 거동의 변화가 가동단 교각에서의 변화에 따른 영향보다 크다는 사실을 확인할 수 있었다. 또한, 받침강성을 변화시켜서 종방향 거동을 제어하는 것이 다른 인자들을 변화시키는 것보다 더 경제적이라 할 수 있다.
Presented is the results of a model study about scouring around a bridge pier. 24 different types of piers were inestigated for the depth and width of scouring. The grain size of sand used in the experiment ranges from 0.149 to 2, 380mm, The time required to reach the stable bed formation was about 30min, with the range of Froud number from 0.58 to 0.69. It has been found that the scouring is most severe at the frontal side of the pier and decreases with decreasing a contact angle (between the center line of the pier and tangent to the frontal face). For design purposes, it is recomanded that the contact angle at the frontal face is 25 degrees for a triangular type and 40 deyrees for a circular type respectively.
본 연구는 강원도 지방하천을 중심으로 수리특성 및 교각제원 등을 조사하여 기존 세굴심 산정식의 산정 값과 모형실험 산정 값을 비교 검토 하였으며, 교각의 세굴에 영향을 주는 인자에 대하여 통계학적 방법인 민감도 분석을 하였다. 분석결과, 기존 세굴심 산정식의 경우 전반 적으로 모형실험 측정 값 간의 편차가 1.09%~63.98%를 보이고 있어 강원도 하천의 경우, 기존 세굴심 산정식을 적용하여 산정하기에는 적합하지 않은 것으로 판단되었다. 그리고 모형실험에 의해 산정된 측정값을 토대로 민감도 분석을 수행하였으며, 교각크기 64%, 수심 36% 순으로 세굴심 발생에 유의적인 영향을 미치는 것을 확인하였다. 끝으로 모형실험의 세굴심 산정 값을 토대로 회귀분석을 통하여 강원도 하천에 적합한 원형교각의 세굴심 산정식을 작성하였다.
본 연구에서는 다양한 크기의 원환에 따른 균등원통교각 주위의 세굴심을 분석하여 세굴심 감소효과 및 원환의 적정 크기를 제시하였다. 이를 위하여 수리모형실험을 실시하였으며, 교각에 원환을 설치한 경우 원환을 하상 위보다 하상 아래에 설치하는 것이 더욱 효과적이었으며, 원환의 크기가 클수록 세굴심 감소 효과가 뚜렷하였다. 교각 직경에 대한 원환 직경의 비(W/D)가 2인 경우 약 67% 세굴심이 감소하였으며, 퇴적고는 약 70%정도 증가하였다. 세굴심 감소 효과, 세굴공 및 퇴적고의 분석 결과를 토대로 W/D=2인 원환을 최적 크기로 제안하였다.
According to researchers, the influential factors of scouring are generally divided into three factors: the flow conditions, the type and position of structures, and the characteristics of bed materials. In addition, scouring is affected by the 3-dimensional turbulent boundaries, the unsteady flow, the movement of sediment in the scour-hole area, the approach flow velocity and depth, the width of bridge foundation/pier, and the particle size of bed materials. However, it is difficult to estimate the scour depth near bridge piers when all conditions are factored in at once. Therefore, for reasonably accurate estimates of scour depth, it is essential to consider sufficiently the flow force and resisting force for scour. That is, to determine the shear stress concerning the bed material distribution is needed. In this study, the experiments were performed under the condition of a steady state of flow. As a result, scouring occurred at velocity ratios of 0.476,$(V/V_c=0.476)$, and the scour depth was increased linearly as the velocity ratio increased. in addition, the average values of shear stress ratio at zero scouring depth in both rectangular and circular piers were approximately 7$(\tau_c/\tau_{approach})$ and in the case for same size bed particle material. The results of this study can be used for the fundamental material for estimating the scour depth of bed materials.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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