There is an ever-increasing demand for assessment of earthquake effects on transportation structures, emphasised by the crippling consequences of recent earthquakes hitting developed countries reliant on road transportation. In this work, vulnerability functions for RC bridges are derived analytically using advanced material characterisation, high quality earthquake records and adaptive inelastic dynamic analysis techniques. Four limit states are employed, all based on deformational quantities, in line with recent development of deformation-based seismic assessment. The analytically-derived vulnerability functions are then compared to a data set comprising observational damage data from the Northridge (California 1994) and Hyogo-ken Nanbu (Kobe 1995) earthquakes. The good agreement gives some confidence in the derived formulation that is recommended for use in seismic risk assessment. Furthermore, by varying the dimensions of the prototype bridge used in the study, and the span lengths supported by piers, three more bridges are obtained with different overstrength ratios (ratio of design-to-available base shear). The process of derivation of vulnerability functions is repeated and the ensuing relationships compared. The results point towards the feasibility of deriving scaling factors that may be used to obtain the set of vulnerability functions for a bridge with the knowledge of a 'generic' function and the overstrength ratio. It is demonstrated that this simple procedure gives satisfactory results for the case considered and may be used in the future to facilitate the process of deriving analytical vulnerability functions for classes of bridges once a generic relationship is established.
Due to susceptibility of bridges in the past earthquakes, vulnerability assessment and strengthening of bridges has gained a particular significance. The objective of the present study is to employ an analytical method for the development of fragility curves, as well as to investigate the effect of strengthening on the RC box-girder bridges. Since fragility curves are used for pre-and post-earthquake planning, this paper has attempted to adopt the most reliable modeling assumptions in order to increase the reliability. Furthermore, to acknowledge the interaction of soil, abutment and pile, the effect of different strengthening methods, such as using steel jacketing and FRP layers, the effect of increase in the bridge pier diameter, and the effect of vertical component of earthquake on the vulnerability of bridges in this study, a three-span RC box-girder bridge was modeled in 9 different cases. Nonlinear dynamic analyses were carried out on the studied bridges subjected to 100 ground motion records via OpenSEES platform. Therefore, the fragility curves were plotted and compared in the four damage states. The results revealed that once the interaction of soil and abutment and the vertical component of the earthquake are accounted for in the calculations, the median fragility is reduced, implying that the bridge becomes more vulnerable. It was also confirmed that steel jackets and FRP layers are suitable methods for pier strengthening which reduces the vulnerability of the bridge.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.2B
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pp.187-195
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2006
A bridge scour management system is developed to evaluate the vulnerability of bridge piers to scour and to help establish effective disaster measures, taking into account the locality and scour characteristics in Korea. This system is programmed using the techniques of the geographical information system(GIS) for the storage, retrieval, and display of information regarding to bridge scour. The system functions are basically divided into two parts; prioritization and maintenance. Bridges are initially screened and prioritized for bridge scour inspection and evaluation using the basic information which is obtained from the office review. The bridge scour evaluation including site investigation is performed and the vulnerability of bridge piers is categorized into six groups taking into account the local scour depth, foundation bearing capacity, foundation type, foundation depth, and present scour condition. The system tabulates and plots all the data and the results.
Arada, Ahmad Housam;Ozturk, Baki;Kassem, Moustafa Moufid;Nazri, Fadzli Mohamed;Tan, Chee Ghuan
Structural Engineering and Mechanics
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v.82
no.3
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pp.385-400
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2022
Sky-bridges between adjacent buildings can enhance lateral stiffness and limit the impact of lateral forces. This study analysed the structural capabilities and dynamic performances of sky-bridge-coupled buildings under various sets of ground motions. Finite Element (FE) analyses were carried out with the link being iteratively repositioned along the full height of the structures. Incremental dynamic analysis (IDA) and probabilistic damage distribution were also applied. The results indicated that the establishment of sky-bridges caused a slight change in the natural frequency and mode shapes. The sky-bridge system was shown to be efficient in controlling displacement and Inter-Storey Drift Ratio (%ISDR) and reducing the probability of damage in the higher floors. The most efficient location of the sky-bridge, for improving its rigidity, was found to be at 88% of the building height. Finally, the effects of two types of materials (steel and concrete) and end conditions (hinged and fixed) were studied. The outcomes showed that coupled buildings with a sky-bridge made of steel with hinged connection could withstand ground motions longer than those made of concrete with fixed connection.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.9
no.3
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pp.345-367
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2015
Past earthquakes have signaled the increased collapse vulnerability of mainshock-damaged bridge piers and urgent need of repair interventions prior to subsequent cascading hazard events, such as aftershocks, triggered by the mainshock (MS). The overarching goal of this study is to quantify the collapse vulnerability of mainshock-damaged substandard RC bridge piers rehabilitated with different repair jackets (FRP, conventional thick steel and hybrid jacket) under aftershock (AS) attacks of various intensities. The efficacy of repair jackets on post-MS resilience of repaired bridges is quantified for a prototype two-span single-column bridge bent with lap-splice deficiency at column-footing interface. Extensive number of incremental dynamic time history analyses on numerical finite element bridge models with deteriorating properties under back-to-back MS-AS sequences were utilized to evaluate the efficacy of different repair jackets on the post-repair behavior of RC bridges subjected to AS attacks. Results indicate the dramatic impact of repair jacket application on post-MS resilience of damaged bridge piers-up to 45.5 % increase of structural collapse capacity-subjected to aftershocks of multiple intensities. Besides, the efficacy of repair jackets is found to be proportionate to the intensity of AS attacks. Moreover, the steel jacket exhibited to be the most vulnerable repair intervention compared to CFRP, irrespective of the seismic sequence (severe MS-severe or moderate AS) or earthquake type (near-fault or far-fault).
The ground-structure interaction of the bridge foundation has been pointed out as a major factor influencing the behavior of the bridge during earthquakes. In this study, the effect of characteristics of ground and bridge foundation on the earthquake vulnerability is investigated. From the pseudo-static analysis, it is confirmed that non-linearity becomes lesser and horizontal load becomes greater when surcharge is considered. It is also found that as the ground worsens and the size of foundation decreases, horizontal load reduces. To derive reasonable structural model for bridge foundation, fragility curve is obtained considering four conditions (fixed condition, equivalent linear condition, non-linear without surchage condition, non-linear with surcharge condition) and compared. Seismic analysis is performed on single pier with Opensees. From the earthquake vulnerability analysis, it is found that shallow foundation can be assumed as fixed condition. In conservative approach, stiffness of spring can be obtained based on Korean highway bridge design code for pile foundation which can consider the ground condition.
Kim, Hyo-Jin;Lee, Hyeong-Cheol;Jun, Suk-Ky;Lee, Sang-Ho
Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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v.7
no.4
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pp.1-12
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2007
A method for assessing fatigue vulnerability of steel bridge members considering corrosion and truck traffic variation with time is proposed to evaluate the reduction of fatigue strength in steel bridge members. A fatigue limit state function including corrosion and traffic variation effect is established. The interaction between the average corrosion depth and the fatigue strength reduction factor is applied to the limit state function as the reduction term of strength. Three types of truck traffic change is modeled for representing real traffic change trend. Monte-Carlo simulation method is used for reliability analysis which provides the data to obtain fatigue vulnerability curves. The estimation method proposed was verified by comparing with the results of reference study and applying to the steel bridges in service.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.2B
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pp.197-208
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2006
Case studies for real bridge sites are performed to verify the applicability of the Bridge Scour Management System in the field. The case studies for 20 bridges in Gangneung District of National Road Management consist of site investigations including the boring tests, bridge scour analyses for the design floods, bearing capacity evaluation of the bridge foundation before and after scour, and comprehensive evaluation of the bridge scour maintenance. The bridge scour management system is verified as an useful tool which can evaluate bridge scour vulnerability quantitatively, and is also proposed as a reasonable system which can help establish effective measures and secure the safety of bridges during floods.
To study the empirical seismic fragility of a reinforced concrete girder bridge, based on the theory of numerical analysis and probability modelling, a regression fragility method of a rapid fragility prediction model (Gaussian first-order regression probability model) considering empirical seismic damage is proposed. A total of 1,069 reinforced concrete girder bridges of 22 highways were used to verify the model, and the vulnerability function, plane, surface and curve model of reinforced concrete girder bridges (simple supported girder bridges and continuous girder bridges) considering the number of samples in multiple intensity regions were established. The new empirical seismic damage probability matrix and curve models of observation frequency and damage exceeding probability are developed in multiple intensity regions. A comparative vulnerability analysis between simple supported girder bridges and continuous girder bridges is provided. Depending on the theory of the regional mean seismic damage index matrix model, the empirical seismic damage prediction probability matrix is embedded in the multidimensional mean seismic damage index matrix model, and the regional rapid prediction matrix and curve of reinforced concrete girder bridges, simple supported girder bridges and continuous girder bridges in multiple intensity regions based on mean seismic damage index parameters are developed. The established multidimensional group bridge vulnerability model can be used to quantify and predict the fragility of bridges in multiple intensity regions and the fragility assessment of regional group reinforced concrete girder bridges in the future.
The seismic vulnerability of skewed bridges had been observed in many past earthquakes. Researchers have found that the in-plane rotation of the girders was one of the main reasons for the vulnerability of these types of bridges. To date, not many experimental works have been done on this topic, especially those including pounding between adjacent structures. In this study, shake table tests were performed on a bridge-abutment system consisting of a straight, $30^{\circ}$, and $45^{\circ}$ bridge with and without considering pounding. Skewed bridges with the same fundamental frequency and those having the same girder mass as the straight bridge were studied. Under the loadings considered, skewed bridges with the same frequency as the straight tend to have smaller responses than those with the same mass. The average maximum bending moment developed in the piers of the $30^{\circ}$ bridge with the same mass as that of the straight when pounding was not considered was 1.6 times larger than when the frequencies were the same. It was also found that the NZTA recommendations for the seat lengths of skewed bridges could severely underestimate the relative displacements of these types of bridges in the transverse direction, especially when pounding occurs. In the worst case, the average transverse displacement of the $45^{\circ}$ bridge was about 2.6 times the longitudinal displacement of the straight, which was greatly over the limit suggested by the NZTA of 1.25 times.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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