Lang Liu;Hao Luo;Mingming Wang;Yanhang Wang;Changqi Zhao;Nanyue Shi
Earthquakes and Structures
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v.27
no.4
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pp.303-315
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2024
This study proposes a comprehensive methodology for estimating accumulative damage of bridge structures under multiple seismic excitations, in the framework of site-specific probabilistic hazard analysis. Specifically, a typical earthquake-prone region in China is chosen to perform probabilistic seismic hazard analysis (PSHA) to find the mean annual rate (MAR) of ground motion intensity at a specific level, based on which, a mass of ground motion observations is selected to construct random earthquake sequences with various number of shocks. Then, nonlinear time history analysis is implemented on the finite element (FE) model of a RC girder bridge at the site of interest, to investigate structural responses under different earthquake sequences, and to develop predictive model for cumulative damage computation, in which, a scalar seismic intensity measure (IM) is adopted and its performance in damage prediction is discussed by an experimental column. Furthermore, a mathematic model is established to calculate occurrence probability of earthquakes with various number of shocks, based on PSHA and homogenous Poisson random process, and a modified cumulative damage indicator is proposed, accounting for probabilistic occurrence of various earthquake scenarios. At end, the applicability of the proposed methodology to main shock and aftershock scenarios is validated, and characteristics of damage accumulation under different multiple earthquake scenarios are discussed.
Structural control is a very broad field combining the areas of automatic control and structural engineering, with applications ranging from aerospace and mechanical engineering to building and civil infrastructure systems. In this paper, the focus is placed on civil engineering applications only. The goal is to address the issues concurring to form the scientific paradigm. As a resut, possible future directions of research into this field are identified.
Many types of passive control devices have been recognized as effective tools for improving the seismic resistance of structures. A lot of past research has been carried out to study the response of structures equipped with energy-absorbing devices by assuming that the behavior of the beam-column systems are linearly elastic. However, linear theory may not be adequate for beams and columns during severe earthquakes. This paper presents the results of research on the nonlinear responses of structures with and without added passive devices under earthquakes. A new material model based on the plasticity theory and the two-surface model for beams and columns under six components of forces is proposed to predict the nonlinear behavior of beam-column systems. And a new nonlinear beam element in consideration of shear deformation is developed to analyze the beams and columns of a structure. Numerical results reveal that linear assumption may not be appropriate for beams and columns under seismic loadings, especially for unexpectedly large earthquakes. Also, it may be necessary to adopt nonlinear beam elements in the analysis and design process to assure the safety of structures with or without the control of devices.
Typically, beams that form part of structural systems are subjected to vertical distributed loading along their length. Distributed loading affects moment and shear distribution, and consequently spread of inelasticity, along the beam length. However, the finite element models developed so far for seismic analysis of frame structures either ignore the effect of vertical distributed loading on spread of inelasticity or consider it in an approximate manner. In this paper, a beam-type finite element is developed, which is capable of considering accurately the effect of uniform distributed loading on spreading of inelastic deformations along the beam length. The proposed model consists of two gradual spread inelasticity sub-elements accounting explicitly for inelastic flexural and shear response. Following this approach, the effect of distributed loading on spreading of inelastic flexural and shear deformations is properly taken into account. The finite element is implemented in the seismic analysis of plane frame structures with beam members controlled either by flexure or shear. It is shown that to obtain accurate results the influence of distributed beam loading on spreading of inelastic deformations should be taken into account in the inelastic seismic analysis of frame structures.
This paper presents a multimodal adaptive nonlinear static method of analysis that, differently from the nonlinear static methods suggested in seismic codes, does not require the definition of the equivalent Single-Degree-Of-Freedom (SDOF) system to evaluate the seismic response of structures. First, the proposed method is formulated for the assessment of r.c. plane frames and then it is extended to 3D framed structures. Furthermore, the proposed nonlinear static approach is re-elaborated as a displacement-based design method that does not require the use of the behaviour factor and takes into account explicitly the plastic deformation capacity of the structure. Numerical applications to r.c. plane frames and to a 3D framed structure with inplan irregularity are carried out to illustrate the attractive features as well as the limitations of the proposed method. Furthermore, the numerical applications evidence the uncertainty about the suitability of the displacement demand prediction obtained by the nonlinear static methods commonly adopted.
Parametric identification of structures is one of the important aspects of structural health monitoring. Most of the techniques available in the literature have been proved to be effective for structures with small degree of freedoms. However, the problem becomes challenging when the structure system is large, such as bridge structures. Therefore, it is highly desirable to develop parametric identification methods that are applicable to complex structures. In this paper, the LSE based techniques will be combined with the substructure approach for identifying the parameters of a cable-stayed bridge with large degree of freedoms. Numerical analysis has been carried out for substructures extracted from the 2-dimentional (2D) finite element model of a cable-stayed bridge. Only vertical white noise excitations are applied to the structure, and two different cases are considered where the structural damping is not included or included. Simulation results demonstrate that the proposed approach is capable of identifying the structural parameters with high accuracy without measurement noises.
The main objective of this study is to develop a dual approach for geometrically nonlinear finite element analysis of plane truss structures. The geometric nonlinearity is considered using the Total Lagrangian formulation. The nonlinear solution is obtained by introducing and minimizing an objective function subjected to displacement-type constraints. The proposed method can fully trace the whole equilibrium path of geometrically nonlinear plane truss structures not only before the limit point but also after it. No stiffness matrix is used in the main approach and the solution is acquired only based on the direct classical stress-strain formulations. As a result, produced errors caused by linearization and approximation of the main equilibrium equation will be eliminated. The suggested algorithm can predict both pre- and post-buckling behavior of the steel plane truss structures as well as any arbitrary point of equilibrium path. In addition, an equilibrium path with multiple limit points and snap-back phenomenon can be followed in this approach. To demonstrate the accuracy, efficiency and robustness of the proposed procedure, numerical results of the suggested approach are compared with theoretical solution, modified arc-length method, and those of reported in the literature.
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.6
no.3
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pp.41-49
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2015
The repair of manhole raise has been caused much construction times and disruption of traffic flow, serious environmental pollution from crushed construction wastes, and budget waste due to the repeated repair construction works. In order to overcome such problems, we have developed the new manhole repairing composite structures by using a glass fiber-reinforced polymer (GFRP) pipe, which can raise manhole to the regular height of the overlayed road pavement with rapid construction and minimum traffic jams. This environmental-friendly technology is method completed by the methyl methacrylate monomer (MMA) double wide flanged GFRP pipe composite structures in order to raise manhole to the regular height. In this paper, two kinds of the compressive strength tests of MMA mortar composites were conducted and evaluated by a general compressive strength test, and compressive strength test after freezing-thawing resistance test. It was found that this MMA mortar composites will be used for the application of the double wide flanged GFRP pipe composite structures.
The 24 January 2020 (Mw=6.8) earthquake with epicentre in Elazığ (Sivrice) on the East Anatolian Fault Zone caused loss of life and property. The information was given about the seismotectonic setting and regional seismicity along this fault zone and aftershock activity and ground motion data of this earthquake. Earthquake parameters were obtained for five different earthquake stations which were closer to the epicentre. Horizontal and vertical design spectra were obtained for the geographic locations for each earthquake station. The obtained spectra for the earthquake epicentre were compared with selected appropriate attenuation relationships. The damages after earthquake were evaluated via geotechnical and structural aspects. This study also aims to investigate the cause-effect relationships between structural damage in reinforced-concrete and masonry structures, respectively. The lack of engineering services was effective on the amount of damage in masonry structures. Insufficient reinforcement and concrete strength, dimensions and inadequate detailing increased the amount of damage in reinforced-concrete structures. Importance should be given to negative parameters that may weaken the defence mechanisms of structures for earthquake-resistant structural design.
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