Long-span structures, such as bridges, can experience different seismic excitations at the supports due to spatially variability of ground motion. Regarding current bridge designing codes, it is just EC 2008 that suggested some regulations to consider it and in the other codes almost ignored while based on some previous studies it is found that the effect of mentioned issue could not be neglected. The current study aimed to perform a comprehensive study about the effect of spatially varying ground motions on the dynamic response of a reinforced concrete bridge under asynchronous input motions considering soil-structure interactions. The correlated ground motions were generated by an introduced method that contains all spatially varying components, and imposed on the supports of the finite element model under different load scenarios. Then the obtained results from uniform and non-uniform excitations were compared to each other. In addition, the effect of soil-structure interactions involved and the corresponding results compared to the previous results. Also, to better understand the seismic response of the bridge, the responses caused by pseudo-static components decompose from the total response. Finally, an incremental dynamic analysis was performed to survey the non-linear behavior of the bridge under assumed load scenarios. The outcomes revealed that the local site condition plays an important role and strongly amplifies the responses. Furthermore, it was found that a combination of wave-passage and strong incoherency severely affected the responses of the structure. Moreover, it has been found that the pseudo-static component's contribution increase with increasing incoherent parameters. In addition, regarding the soil condition was considered for the studied bridge, it was found that a combination of spatially varying ground motions and soil-structure interactions effects could make a very destructive scenarios like, pounding and unseating.
Motlagh, Ali Tafreshi;Ghanbari, Ali;Maedeh, Pouyan Abbasi;Wu, Wei
Earthquakes and Structures
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제15권6호
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pp.687-699
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2018
This paper investigates the pseudo-static analysis of reinforced slopes with geosynthetics under the influence of the uniform surcharge to evaluate the maximum tensile force of reinforcements. The analytical approach has basically been used to develop the new practical procedure to estimate both tensile force and its distribution in the height of the slope. The base of developed relationships has been adapted from the conventional horizontal slice method. The limit equilibrium framework and the assumptions of log-spiral failure surface have directly been used for proposed analytical approach. A new analytical approach considering a single layer of non-cohesion soil and the influence of uniform surcharge has been extracted from the 5n equation and 5n unknown parameters. Results of the proposed method illustrated that the location of the surcharge, amount of internal friction and the seismic coefficient have the remarkable effect on the tensile force of reinforcement and might be 2 times increasing on it. Furthermore, outcomes show that the amount of tensile force has directly until 2 times related to the amount of slope angle and its height range. Likewise, it is observed that the highest value of the tensile force in case of slope degree more than 60-degree is observed on the lower layers. While in case of less degree the highest amount of tensile force has been reported on the middle layers and extremely depended to the seismic coefficient. Hence, it has been shown that the tensile force has increased more than 6 times compared with the static condition. The obtained results of the developed procedure were compared with the outcomes of the previous research. A good agreement has been illustrated between the amount results of developed relationships and outcomes of previous research. Maximum 20 and 25 percent difference have been reported in cases of static and seismic condition respectively.
The capacity of CFS piers has not been used to a practical design, because there is no guide of a seismic design for CFS piers. Therefore, the guide of a seismic design value is derived from tests of CFS piers in order to apply it to a practical seismic design. Steel piers and concrete-filled steel piers are tested with constant axial load using quasi-static cyclic lateral load to check ductile capacity and using the real Kobe ground motion of pseudo-dynamic test to verify seismic performance. The results prove that CFS piers have more satisfactory ductility and strength than steel piers and relatively large hysteretic damping in dynamic behaviors. The seismic performance of steel and CFS piers is quantified on the basis of the test results. These results are evaluated through comparison of both the response modification factor method by elastic response spectrum and the performance-based design method by capacity spectrum and demand spectrum using effective viscous damping. The response modification factor of CFS piers is presented to apply in seismic design on a basis of this evaluation for a seismic performance.
The limit analysis and response surfaces method were combined to investigate the reliability of pressurized tunnel faces subjected to seismic force. The quasi-static method was utilized to introduce seismic force into the tunnel face. A 3D horn failure mechanism of pressurized tunnel faces subjected to seismic force was constructed. The collapse pressure of pressurized tunnel faces was solved by the kinematical approach. The limit state equation of pressurized tunnel faces was obtained according to the collapse pressure and support pressure. And then a reliability model of pressurized tunnel faces was established. The feasibility and superiority of the response surfaces method was verified by comparing with the Monte Carlo method. The influence of the mean of soil parameters and support pressure, variation coefficients, distribution type and correlation of c-φ on the reliability of pressurized tunnel faces was discussed. The reasonable safety factor and support pressure required by pressurized tunnel faces to satisfy 3 safety levels were presented. In addition, the effects of horizontal seismic force, vertical seismic force and correlation of kh-kv on the reliability of pressurized tunnel faces were also performed. The method of this work can give a new idea for anti-seismic design of pressurized tunnel faces.
Seismic random responses due to the wave passage effect are extensively investigated by using the pseudo excitation method (PEM). Two examples are used. The first is very simple but also very informative, while the second is a realistic suspension bridge. Numerical results show that the seismic responses vary significantly with wave speed, especially for low velocity or large span. Such variations are not monotonic, especially for flexible structures. The contributions of the dynamic and quasi-static components depend heavily on the seismic wave velocity and the natural frequencies of structures. For the lower natural frequency cases, the dynamic component has significant effects on the dynamic responses of the structure, whereas the quasi-static component dominates for higher natural frequencies unless the wave speed is also high. It is concluded that if insufficient data on local seismic wave velocity is available, it is advisable to select several possible velocity values in the seismic analysis and to choose the most conservative of the results thus obtained as the basis for design.
The indirect displacement estimation using acceleration and strain (IDEAS) method is extended to various types of beam structures beyond the previous validation on the prismatic or near-prismatic beams. By fusing different types of responses, the IDEAS method is able to estimate displacements containing pseudo-static components with high frequency noise to be significantly reduced. However, the concerns to the IDEAS method come from possible disagreement of the assumed sinusoidal mode shapes to the actual mode shapes, which allows the IDEAS method to be valid only for simply-supported prismatic beams and limits its applicability to real world problems. In this paper, the extension of the IDEAS method to the general types of beams is investigated by the mathematical formulation of the modal mapping matrix only for the monitored substructure, so-called monitoring span. The formulation particularly considers continuous and wide beams to extend the IDEAS method to general beam structures that reflect many real bridges. Numerical simulations using four types of beams with various irregularities are presented to show the effectiveness and accuracy of the IDEAS method in estimating displacements.
The response displacement method is the most frequently used method for the seismic design of underground structures. Underground structures under seismic loading will tend to deform with the surrounding ground, and thus the structure is designed to accommodate the free-field deformation without loss of its structural integrity. This method is pseudo-static method, and response displacement of surrounding ground are most important steps. In this study, the single cosine method and the equivalent linear analysis are applied to estimate the response displacement of the real sites, and the results of the each method are compared. Response analysis was also performed with respect to bedrock depth. As a results, Equivalent linear analysis result was larger than single cosine method. And, the relative displacement becomes lager according to depth of the bedrock.
지중구조물의 내진해석에 자주 이용되는 방법으로 응답변위법이 있다. 응답변위법은 정적인 해석방법으로, 이 방법의 핵심은 지진시 지중구조물 측벽에 작용하는 지반변위를 산정하는 것이다. 이때 해석대상부지의 고유주기에 해당하는 기반면의 속도 응답스펙트럼 값을 결정하는 일이 매우 중요하다. 본 연구에서는 국내 설계지반운동기준에 적합한 기반면의 속도 응답스펙트럼 산정과 지반응답해석 없이 응답변위를 신뢰성있게 산정하는 간편법에 대한 연구를 수행하였다. 해석결과 국내 내진설계 기준의 S$_A$ 지반의 지표면 가속도 응답스펙트럼을 적분하여 속도 응답스펙트럼으로 환산하는 방법과 지반을 두 개의 층으로 구분하여 지진시 지반의 응답변위를 산정하는 방법을 현업 설계에 적용할 경우 경제적으로 큰 잇점이 있을 것으로 판단된다.
성능에 기초한 내진설계에서는 구조물이 보유하고 있는 능력을 효과적으로 파악하기 위해서 비선형 정적 해석이 적용되고 있다. 그러나 비선형 정적해석은 고차모드에 대한 효과를 고려하지 못함으로써 고층구조물이나 비정형 구조물과 같은 경우에는 정확한 비선형 지진응답의 산정과 내진성능을 평가하는데 문제점을 가지고 있다. 본 연구에서는 건축구조물의 선형 및 비선형 지진응답 평가를 위하여 응답 스펙트럼해석을 통하여 얻어지는 층전단력으로부터 층하중을 산정하는 유사동적해석법이 적용되었다. 제안된 방법을 비선형 정적 해석에 적용하여 구조물의 비선형 자동응답을 비선형 시간이력해석의 결과와 비교하였다. 기존의 층분포하중에 의한 비선형 지진응답과 비교하였으며, 제안된 방법에 의한 지진 응답이 구조물의 비선형 거동특성을 가장 정확하게 표현하였다. 그러므로 본 연구에서 제안된 방법을 사용하여 비선형 정적 해석을 수행한다면 비교적 명확한 건축물의 비선형 거동특성과 내진성능을 평가할 수 있을 것으로 판단된다.
The current paper aims at investigating the nonlinear dynamical behaviour of an electrically actuated microcantilever. The microcantilever is excited by a combination of AC and DC voltages. The nonlinear equation of motion of the microcantilever is obtained by means of force and moment balances. A high-dimensional Galerkin scheme is then applied to reduce the equation of motion to a discrete model. A numerical technique, based on the pseudo-arclength continuation method, is used to solve the discretized model. The electrostatic deflection of the microcantilever and static pull-in instabilities, due to the DC voltage, are analyzed by plotting the so-called DC voltage-deflection curves. At the simultaneous presence of the DC and AC voltages, the nonlinear dynamical behaviour of the microcantilever is analyzed by plotting frequency-response and force-response curves.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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