High-speed railway bridge piers in seismically active area may be subjected to multiple earthquakes and then produce cumulative residual deformation. To study the cumulative residual deformation of high-speed railway bridge piers under multiple earthquakes, a nonlinear numerical analytical model with multi-DOF (MDOF) system is presented and validated against two shaking table tests in this paper. Based on the presented model, a simple supported beam bridge pier model of high-speed railway is established and used to investigate the cumulative residual deformation of high-speed railway bridge pier under mainshock-aftershock sequences and swarm type seismic sequences. The results show that the cumulative residual deformation of the bridge pier increases with earthquake number, and the increasing rates are different under different earthquake number. The residual deformation of bridge pier subjected to multiple earthquakes is accumulated and may exceed the limit of code.
Residual deformation of high-speed railway bridge piers is cumulative under repeated earthquakes, and influences the safety and ride comfort of high-speed trains. This paper investigates the effects of the peak ground acceleration, longitudinal reinforcement ratio, and axial compression ratio on the cumulative deformation through finite element analysis. A simply-supported beam bridge pier model is established using nonlinear beam-column elements in OpenSees, and validated against a shaking table test. Repeated earthquakes were input in the model. The results show that the cumulative deformation of the bridge piers under repeated earthquakes increases with the peak ground acceleration and the axial compression ratio, and decreases with the longitudinal reinforcement ratio.
SThe rigidities of bridge substructures are the important data in the rail-bridge interaction analysis in Korean High -Speed Railway. This experimental study is being performed because of followings. 1) More correct longitudinal stiffness of the structure including substructure should be considered in the calculation of stresses in rails. 2) There are many uncertainties in the design and construction of the piers and foundations. 3) Actual guideline for the rigidities of piers and foundations in the design is necessary. 4) Measurement on the rigidity of pier according to the types of piers, foundations and soil-conditions is needed. Curve for estimating the total rigidity of substructure will be obtained through this and further experimental studies. It may be used in the analysis of Korean High-Speed Railway bridge and then, longitudinal stresses in the rails can be estimated more accurately. One pair of piers, which consist of pot-bearing for fixed support and pad-bearing for movable support, are loaded by steel frame devices with steel wire ropes and hydraulic jack. The responses which are measured at each loading stages in those field tests are displacements and tilted angles on the top and bottom of piers. This study is being performed testing and analysis about several piers in the construction field.
Solid piers with a rounded rectangular cross-section are widely used in railway bridges for high-speed trains in China. Compared to highway bridge piers, these railway bridge piers have a larger crosssection and less steel reinforcement. Existing material models cannot accurately predict the seismic behavior of this kind of railway bridge piers. This is because only a few parameters, such as axial load, longitudinal and transverse reinforcement, are taken into account. To enable a better understanding of the seismic behavior of this type of bridge pier, a simultaneous influence of the various parameters, i.e. ratio of height to thickness, axial load to concrete compressive strength ratio and longitudinal to transverse reinforcements, on the failure characteristics, hysteresis, skeleton curves, and displacement ductility were investigated. In total, nine model piers were tested under cyclic loading. The hysteretic response obtained from the experiments is compared with that obtained from numerical studies using existing material models. The experimental data shows that the hysteresis curves have significantly pinched characteristics that are associated with small longitudinal reinforcement ratios. The displacement ductility reduces with an increase in ratio of axial load to concrete compressive strength and longitudinal reinforcement ratio. The experimental results are largely in agreement with the numerical results obtained using Chang-Mander concrete model.
Martinez-Martin, Francisco J.;Gonzalez-Vidosa, Fernando;Hospitaler, Antonio;Yepes, Victor
Structural Engineering and Mechanics
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v.45
no.6
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pp.723-740
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2013
This paper presents a parametric study of reinforced concrete bridge tall piers with hollow, rectangular sections. Such piers are typically used in railway construction of prestressed concrete viaducts. Twenty one different piers have been studied with seven column heights of 40, 50, 60, 70, 80, 90 and 100 m and three types of 10-span continuous viaducts, whose main span lengths are 40, 50 and 60 m. The piers studied are intermediate columns placed in the middle of the viaducts. The total number of optimization design variables varies from 139 for piers with column height of 40 m to 307 for piers with column height of 100 m. Further, the results presented are of much value for the preliminary design of the piers of prestressed concrete viaducts of high speed railway lines.
A study on the effects of a high-speed railway bridge vibration induced by moving train on the nearby bridge is performed. Longitudinal and lateral accelerations of slabs and piers which are calculated from moving load analysis of a high-speed railway bridge can be used as input ground motions for the adjacent bridge. Dynamic responses of the adjacent bridge considering soil-structure interaction effects are analyzed by sub-structure method. Analysis procedure is made of free field analysis, calculation of impedance and effective input load and soil-structure system analysis.
In this study, a new type of isolation bearing is proposed by combining S-shaped steel plate dampers (SSDs) with a spherical steel bearing, and the seismic control effect of a five-span standard high-speed railway bridge is investigated. The advantages of the proposed S-shaped steel damping friction bearing (SSDFB) are that it cannot only lengthen the structural periods, dissipate the seismic energy, but also prevent bridge unseating due to the restraint effectiveness of SSDs in the large relative displacements between the girders and piers. This study first presents a detailed description and working principle of the SSDFB. Then, mechanical modeling of the SSDFB was derived to fundamentally define its cyclic behavior and obtain key mechanical parameters. The numerical model of the SSDFB's critical component SSD was verified by comparing it with the experimental results. After that, parameter studies of the dimensions and number of SSDs, the friction coefficient, and the gap length of the SSDFBs were conducted. Finally, the longitudinal seismic responses of the bridge with SSDFBs were compared with the bridge with spherical bearing and spherical bearing with strengthened shear keys. The results showed that the SSDFB can not only significantly mitigate the shear force responses and residual displacement in bridge substructures but also can effectively reduce girder displacement and prevent bridge unseating, at a cost of inelastic deformation of the SSDs, which is easy to replace. In conclusion, the SSDFB is expected to be a cost-effective option with both multi-stage energy dissipation and restraint capacity, making it particularly suitable for seismic isolation application to high-speed railway bridges.
Relative displacements between decks should be within the allowable limit under horizontal forces in high-speed railway bridges. Longitudinal force transmitters(LFT) have been introduced ih high-speed railway bridges for test track. The horizontal forces on the pier supporting the fixed bearing are transmitted to the near piers supporting the sliding bearings by LFT, The performance of LFT was investigated by field test in which the braking and acceleration tests using KTX were conducted in Baebang viaduct. The relative displacements between decks were measured infield test and were compared with the numerical results and the allowable limit.
Aiming at widely used high-pier bridges in Sichuan-Tibet Railway, this paper presents an investigation to design and evaluate the seismic vibration reduction effects of several measures, including viscous damper (VD), friction pendulum bearing (FPB), and tuned mass damper (TMD). Primarily, according to the detailed introduction of the concerned bridge structure, dynamic models of high-pier bridges with different seismic vibration reduction (SVR) measures are established. Further, the designs for these SVR measures are performed, and the optimal parameters of these measures are investigated. On this basis, the vibration reduction effects of these measures are analyzed and assessed subject to actual earthquake excitations in Wenchuan Earthquake (M=8.0), and the most appropriate SVR measure for high-pier bridges in Sichuan-Tibet Railway is determined at the end of the work. Results show that the height of pier does not obviously affect the performances of the concerned SVR measures. Comprehensively considering the vibration absorption performance, installation and maintenance of all the employed measures in this paper, TMD is the best one to absorb vibrations induced by earthquakes.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.3
no.3
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pp.1-8
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1999
The bridges for Korea High-Speed Railway(KHSR) under construction are supported with pot bearings on the middle pier and with pad bearings on the side piers, respectively. The dynamic analysis on these bridges due to trains with high speed, however, has been performed neglecting the effects of bearings. The objective of this study is investigation on the dynamic behavior of bridge supported by pad bearings. The effects of pad bearings with various flexibilities on the dynamic responses of bridges are studied. From the results of this study, the effects of elastomeric bearing on the dynamic responses of bridge(especially vertical accelerations) may cause undesirable behaviors.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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