Rojas-Mercedes, Norberto;Erazo, Kalil;Di Sarno, Luigi
Earthquakes and Structures
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v.22
no.5
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pp.503-515
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2022
This paper presents the development of seismic fragility curves for a precast reinforced concrete bridge instrumented with a structural health monitoring (SHM) system. The bridge is located near an active seismic fault in the Dominican Republic (DR) and provides the only access to several local communities in the aftermath of a potential damaging earthquake; moreover, the sample bridge was designed with outdated building codes and uses structural detailing not adequate for structures in seismic regions. The bridge was instrumented with an SHM system to extract information about its state of structural integrity and estimate its seismic performance. The data obtained from the SHM system is integrated with structural models to develop a set of fragility curves to be used as a quantitative measure of the expected damage; the fragility curves provide an estimate of the probability that the structure will exceed different damage limit states as a function of an earthquake intensity measure. To obtain the fragility curves a digital twin of the bridge is developed combining a computational finite element model and the information extracted from the SHM system. The digital twin is used as a response prediction tool that minimizes modeling uncertainty, significantly improving the predicting capability of the model and the accuracy of the fragility curves. The digital twin was used to perform a nonlinear incremental dynamic analysis (IDA) with selected ground motions that are consistent with the seismic fault and site characteristics. The fragility curves show that for the maximum expected acceleration (with a 2% probability of exceedance in 50 years) the structure has a 62% probability of undergoing extensive damage. This is the first study presenting fragility curves for civil infrastructure in the DR and the proposed methodology can be extended to other structures to support disaster mitigation and post-disaster decision-making strategies.
This study evaluated the durability of high-performance shotcrete mixed in the proper proportions using alkali-free and cement mineral accelerators as a permanent support that maintains its strength for the long term. Durability tests were performed the chloride permeability, repeated freezing and thawing, accelerated carbonation, and the effects of salt environments. Test results showed that all the shotcrete mixes included silica fume had low permeability. In addition, after 300 freeze/thaw cycles, the shotcrete mix had excellent freeze/thaw resistance more than the 85% relative dynamic modulus of elasticity. The accelerated carbonation test results were no effect of accelerator type but, the depth of carbonation was greater in the shotcrete mix containing silica fume. No damage was seen in a salt environments. Therefore, the high performance shotcrete mix proportions used in this study showed excellent durability.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.04a
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pp.85-88
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2008
Performance evaluation of RC bridge piers repaired by CFRP has been investigated. For this purpose, simplified CFRP stress-strain relationship has been proposed and use is made of inelastic time-dependent element developed by authors. Static time-history analysis has been carried out for a RC bridge pier repaired with CFRP. Analytical predictions shows a relatively good correlation with experimental results. In addition, in case of dynamic time-history analysis, effect of the CFRP repair intervention on shear has been evaluated. Comparative analysis reveals that a repaired member produces increased characteristics due to the repair intervention and may affect the overall response of a whole structure. Moreover, effect of shear significantly affect strength, stiffness and displacement response of the pier. In all, It is believed that the present analytical model and scheme enable a healthy evaluation of strength, stiffness and displacement capacities of a RC bridge pier being damaged and repaired.
Purpose: The objective of this study is to evaluate the load carrying capacity of a target bridge structure based on the simple slab bridge of concrete over 20 years of public service. Method: By performing static loading test and dynamic loading test, the displacement, strain, impact factor, and natural frequency values were measured and evaluated through analysis method. Result: The main results of this study are as follows. First, the maximum displacement and maximum strain of S1 were assessed at 2.917 mm and 44.720 𝜇ε( tensile) and -13.760 𝜇ε(compression), respectively, with S2 maximum displacement and maximum strain being 2.100 mm and 4.870 𝜇ε(tensile), respectively. Second, the maximum measured impact factor was 0.191 in section S1 A-A, and the maximum measured impact factor was 0.155 in section S2 C-C. Third, the natural frequency was assessed at 6.086 Hz, and the measurement was found to be within the range of 6.152 Hz to 6.738 Hz. Conclusion: The tested bridge may be evaluated to show good behavior and characteristics for the design load.
A girder height limitation is the critical parameter for rapid construction of bridge deck and construction space limitation especially in urban area such as high population area and high density habitats. A standard post-tensioned I-shaped concrete girder usually demands relatively higher girder height in order to retain sufficient moment arm between compression force and tensile force. To elaborate this issue, a small U-shaped section with wide flanges can be used as a possible replacement of I-shaped standard girder. This prestressed concrete box girder allows more flexible girder height adjustment rather than standard I-shaped post-tensioned girder plus additional torsion resistance benefits of closed section. A 30m-long, 1.7m-high and 3.63m-wide actual small prestressed concrete box girder is designed and a laboratory test for its static behaviors by applying 6,200kN amount of load in the form of 4-point bending test was performed. The load-deflection curve and crack patterns at different loading stage are recorded. In addition, to extracting the dynamic characteristics such as natural frequency and damping ratio of this girder, several excitation tests with artificial mechanical exciter with un-symmetric mass are carried out using operational frequency sweep-up. Nonlinear finite element analysis of this 4 point bending test under monotonic static load is investigated and discussed with aids of concrete damaged plasticity formulation using ABAQUS program.
The reinforced concrete (RC) structures usually suffer large residual displacements under strong motions. The large residual displacements may substantially reduce the anti-seismic capacity of structures during the aftershock and increase the difficulty and cost of structural repair after an earthquake. To reduce the adverse residual displacement, several self-centering energy dissipation braces (SCEBs) have been proposed to be installed to the RC structures. To investigate the seismic responses of the RC structures with SCEBs under the earthquake excitation, an extended Bouc-Wen model with degradation and self-centering effects is developed in this study. The extended model realized by MATLAB/Simulink program is able to capture the hysteretic characteristics of the RC structures with SCEBs, such as the energy dissipation and the degradation, especially the self-centering effect. The predicted hysteretic behavior of the RC structures with SCEBs based on the extended model, which used the unscented Kalman filter (UKF) for parameter identification, is compared with the experimental results. Comparison results show that the predicted hysteretic curves can be in good agreement with the experimental results. The nonlinear dynamic analyses using the extended model are then carried out to explore the seismic performance of the RC structures with SCEBs. The analysis results demonstrate that the SCEB can effectively reduce the residual displacements of the RC structures, but slightly increase the acceleration.
Park, Sun-Joon;Kang, Sung-Hoo;Kim, Bo-Hwoan;Kim, Seung
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2009.10a
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pp.781-786
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2009
The thesis shows that we gauged vibration of vehicular load regarding WPC girder bridge and researched into dynamic characteristics(natural frequency, vibration acceleration) of WPC girder bridge. By the basic of that, we researched on vibration serviceability by looking over and being compared to vibration criteria we had before. In the thesis, the gauged vibration made an analysis of vertical acceleration through FFT method and evaluated vibration serviceability about vibration sense the body feels by means of the standard of ISO assessment standard and Meister assessment standard by referring to analysis data. This research on bridge is WPC girder bridge of 90m span, width of 5.5m, and the experiment was gauged by a fluent which is right way and inverse way about dump truck of gross 270kN. Acceleration was located in the middle of 1st span, 2nd span, 3rd span. As a result of appraisal standard of Meister, the vibrations of the bridge have distributed between "Level C, Strongly Perceptible" and "Level B, Disturbing". Also the vibration can be attacked with unpleasant feeling. As a result of appraisal standard of ISO, from vibration influence didn't come to 60s, and reduced comfort boundary in part of most rigorous standard that such a case didn't happen.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.20
no.4
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pp.331-337
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2010
The thesis shows that we gauged vibration of vehicular load regarding WPC girder bridge and researched into dynamic characteristics(natural frequency, vibration acceleration) of WPC girder bridge. By the basic of that, we researched on vibration serviceability by looking over and being compared to vibration criteria we had before. In the thesis, the gauged vibration made an analysis of vertical acceleration through FFT method and evaluated vibration serviceability about vibration sense the body feels by means of the standard of ISO assessment standard and Meister assessment standard by referring to analysis data. This research on bridge is WPC girder bridge of 90 m span, width of 5.5 m, and the experiment was gauged by a fluent which is right way and inverse way about dump truck of gross 270 kN. Acceleration was located in the middle of 1st span, 2nd span, 3rd span. As a result of appraisal standard of Meister, the vibrations of the bridge have distributed between "level C, strongly perceptible" and "level B, disturbing". Also the vibration can be attacked with unpleasant feeling. As a result of appraisal standard of ISO, from vibration influence didn't come to 60s, and reduced comfort boundary in part of most rigorous standard that such a case didn't happen.
Recently, number of smart material are investigated and widely used in civil construction and other industries. Present study investigates the application of smart semi-active piezoelectric friction damper (PFD) made with piezoelectric material for the seismic control of the horizontally curved bridge isolated with lead rubber bearing (LRB). The main aim of the study is to investigate the effectiveness of hybrid system and to find out the optimum parameters of PFD for seismic control of the curved bridge. The selected curved bridge is a continuous three-span concrete box girder supported on pier and rigid abutment. The PFD is located between the deck and abutments or piers in chord and radial directions. The bridge is excited with four different earthquake ground motions with all three components (i.e. two horizontal and a vertical) having different characteristics. It is observed that the use of semi-active PFD with LRB is quite effective in controlling the response of the curved bridge as compared with passive system. The incorporation of the smart damper requiring small amount of energy in addition with an isolation system can be used for effective control the curved bridge against the dynamic loading.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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1998.04a
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pp.371-376
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1998
As the requirement of high-rise buildings in big cities increases, steel structural system becomes more popular in spite of the relatively higher material cost compared to that of the concrete structural system. Most of the steel structure adopts metal deck floor system because of the easiness in construction. However, the metal deck floor system has a weakness on vibration which became very important factor in office buildings, hotels and residential buildings as the more sensitive machines being used. Therefore, most, of the building codes in many countries restrict the natural frequency of the each floor should be higher than or equal to 15 Hz. Floor vibration of the KEM deck composite floor system which has been , developed recently from the engineers and scientists in Korea was measured. Also, the simplified analytical derivation of natural frequency for each floor was studied according to the measured natural frequency for each different boundary condition of the floor. As the length of the slab gets bigger, the natural frequency of the slab becomes lower even though the structural designer still considers it as a one-way slab.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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