One of the shortcomings of seismic bridge design codes is the lack of clarity in defining the role of different seismic isolation systems with linear or nonlinear behavior in terms of R-factor. For example, based on AASHTO guide specifications for seismic isolation design, R-factor for all substructure elements of isolated bridges should be half of those expressed in the AASHTO standard specifications for highway bridges (i.e., R=3 for single columns and R=5 for multiple column bent) but not less than 1.50. However, no distinction is made between two commonly used types of seismic isolation devices, i.e., elastomeric rubber bearing (ERB) with linear behavior, and lead rubber bearing (LRB) with nonlinear behavior. In this paper, five existing bridges located in Iran with two types of deck-pier connection including ERB and LRB isolators, and two bridge models with monolithic deck-pier connection are developed and their R-factor values are assessed based on the Uang's method. The average R-factors for the bridges with ERB isolators are calculated as 3.89 and 4.91 in the longitudinal and transverse directions, respectively, which are not in consonance with the AASHTO guide specifications for seismic isolation design (i.e., R=3/2=1.5 for the longitudinal direction and R=5/2=2.5 for the transverse direction). This is a clear indicator that the code-prescribed R-factors are conservative for typical bridges with ERB isolators. Also for the bridges with LRB isolators, the average computed R-factors equal 1.652 and 2.232 in the longitudinal and transverse directions, respectively, which are in a good agreement with the code-specified R-factor values. Moreover, in the bridges with monolithic deck-pier connection, the average R-factor in the longitudinal direction is obtained as 2.92 which is close to the specified R-factor in the bridge design codes (i.e., 3), and in the transverse direction is obtained as 2.41 which is about half of the corresponding R-factor value in the specifications (i.e., 5).
The seismic isolation system makes a structure isolated from ground motions to protect the structure from seismic events. Seismic isolation techniques have been implemented in full-scale buildings and bridges because of their simplicity, economic effectiveness, inherent stability and reliability. As for the responses of an isolated structure due to seismic events, it is well known that the most uncertain aspects are the seismic loading itself and structural properties. Due to the randomness of earthquakes and uncertainty of structures, seismic response distributions of an isolated structure are needed when evaluating the seismic fragility assessment (or probabilistic seismic safety assessment) of an isolated structure. Seismic response time histories are useful and often essential elements in its design or evaluation stage. Thus, a large number of non-linear dynamic analyses should be performed to evaluate the seismic performance of an isolated structure. However, it is a monumental task to gather the design or evaluation information of the isolated structure from too many seismic analyses, which is impractical. In this paper, a new methodology that can evaluate the seismic fragility assessment of an isolated structure is proposed by using stochastic response database, which is a device that can estimate the seismic response distributions of an isolated structure without any seismic response analyses. The seismic fragility assessment of the isolated nuclear power plant is performed using the proposed methodology. The proposed methodology is able to evaluate the seismic performance of isolated structures effectively and reduce the computational efforts tremendously.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.33
no.2
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pp.455-464
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2013
If North Korea continuously remains an isolated nation without social interaction with South Korea, the gaps in the theoretical and technological status in construction technology become greater between North and South Korea. Therefore if interactions between North and South Korea can be made, there will be significant improvement in infrastructure technological performance can be made(i.e., Reinforced Concrete bridges). This study was performed to compare and analyze data related to the design standards of North Korean RC bridges and to execute a structural analysis based on standard design specifications of RC slab bridges. Especially, basic study of analyzing the influences on design truck loads of North and South Korea was conducted for the purpose of predicting the performance of North Korean RC slab bridges and the safety levels of traveling vehicles in advance. It is expected that the results of this study can be used as fundamental data for the set-up of South-North RC bridge specification when South and North Korea enter a stage of cooperation and interaction between South and North Korea are actively pursued to prepare for reunification.
Seismic isolation systems decouple structures from ground motions to protect them from seismic events. Seismic isolation devices have been implemented in many full-scale buildings and bridges because of their simplicity, economic effectiveness, inherent stability, and reliability. It is well known that the most uncertain aspect for obtaining the accurate responses of an isolated structure from seismic events is the seismic loading itself. It is needed to know the seismic response distributions of the isolated structure resulting from the randomness of earthquakes when probabilistic designing or probabilistic evaluating an isolated structure. Earthquake time histories are useful and often an essential element for designing or evaluating isolated structures. However, it is very challenging to gather the design and evaluation information for an isolated structure from many seismic analyses. In order to evaluate the seismic performance of an isolated structure, numerous nonlinear dynamic analyses need to be performed, but this is impractical. In this paper, the concept of the stochastic response database (SRD) is defined to obtain the seismic response distributions of an isolated structure instantaneously, thereby significantly reducing the computational efforts. An equivalent model of the isolated structure is also developed to improve the applicability and practicality of the SRD. The effectiveness of the proposed methodology is numerically verified.
Recently, earthquake proof technology has been widely applied to both new and existing structures and bridges. The analysis of bridge systems equipped with structural control devices, which possess large degrees of freedom and nonlinear characteristics, is a result in time-consuming task. Therefore, a piecewise exact solution is proposed in this study to simplify the seismic mitigation analysis process for bridge systems equipped with sliding-type isolators. In this study, the simplified system having two degrees of freedom, to reasonably represent the large number of degrees of freedom of a bridge, and is modeled to obtain a piecewise exact solution for system responses during earthquakes. Simultaneously, we used the nonlinear finite element computer program to analyze the bridge responses and verify the accuracy of the proposed piecewise exact solution for bridge systems equipped with sliding-type isolators. The conclusions derived by comparing the results obtained from the piecewise exact solution and nonlinear finite element analysis reveal that the proposed solution not only simplifies the calculation process but also provides highly accurate seismic responses of isolated bridges under earthquakes.
Kim, Dookie;Yi, Jin-Hak;Seo, Hyeong-Yeol;Chang, Chunho
Structural Engineering and Mechanics
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v.29
no.6
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pp.689-707
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2008
This study presents a method to evaluate the seismic risk of an extradosed bridge with seismic isolators of lead rubber bearings (LRBs), and also to show the effectiveness of the LRB isolators on the extradosed bridge, which is one of the relatively flexible and lightly damped structures in terms of seismic risk. Initially, the seismic vulnerability of a structure is evaluated, and then the seismic hazard of a specific site is rated using an earthquake data set and seismic hazard maps in Korea. Then, the seismic risk of the structure is assessed. The nonlinear seismic analyses are carried out to consider plastic deformation of bridge columns and the nonlinear characteristics of soil foundation. To describe the nonlinear behaviour of a column, the ductility demand is adopted, and the moment-curvature relation of a column is assumed to be bilinear hysteretic. The fragility curves are represented as a log-normal distribution function for column damage, movement of superstructure, and cable yielding. And the seismic hazard at a specific site is estimated using the available seismic hazard maps. The results show that in seismically-isolated extradosed bridges under earthquakes, the effectiveness of the isolators is much more noticeable in the columns than the cables and girders.
Seismic isolation technology has a wide application to protect bridges from earthquake damage, a new designed bridge pier with seismic isolation are provided for railways in seismic regions of China. The pier with rocking isolation is a self-centering system under small and moderate earthquakes, and the unbonded prestressed tendons are used to prevent overturning under strong earthquakes. A numerical model based on pseudo-static testing results is presented to evaluate the seismic performance of isolation bridge piers, and is validated by the shaking table test. It is found that the rocking response and the loss of prestressing for the bridge pier increase with the increase of earthquake intensity. Besides, the intensity and spectral characteristics of input ground motion have great influence on displacement of the top and bottom of the bridge pier, while have less influence on the bending moment of the pier bottom. Experimental and numerical results show that the rocking-isolated piers presented in this study have good seismic performance, and it provides an alternative way for the railway bridge in the regions with high occurrence of earthquakes. Therefore, we provide the detailed procedures for seismic design of the rocking-isolated bridge pier, and a case study of the seismic isolation design with rocking piers is carried out to popularize the seismic isolation methods.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.12
no.1
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pp.175-182
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2008
In performing a risk analysis of structure for earthquake, it is imperative to identify the vulnerability of structures associated with various stages of damage. And the earthquake resisting capability is needed for structures like bridge. So the damage analysis of bridges with or without isolator for earthquake effects is necessary. In this paper, the risk analysis of seismic isolated LRB bridges considering earthquake effects such as PGA, PGV, SA, SV, and SI is performed using fragility curves to assure the earthquake resisting capability of the structures. And, the stability of fragility curve is investigated with respect to elastic modulus.
Ates, Sevket;Soyluk, Kurtulus;Dumanoglu, A. Aydin;Bayraktar, Alemdar
Structural Engineering and Mechanics
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v.31
no.6
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pp.639-662
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2009
A comprehensive investigation of the stochastic response of an isolated cable-stayed bridge subjected to spatially varying earthquake ground motion is performed. In this study, the Jindo Bridge built in South Korea is chosen as a numerical example. The bridge deck is assumed to be continuous from one end to the other end. The vertical movement of the stiffening girder is restrained and freedom of rotational movement on the transverse axis is provided for all piers and abutments. The longitudinal restraint is provided at the mainland pier. The A-frame towers are fixed at the base. To implement the base isolation procedure, the double concave friction pendulum bearings are placed at each of the four support points of the deck. Thus, the deck of the cable-stayed bridge is isolated from the towers using the double concave friction pendulum bearings which are sliding devices that utilize two spherical concave surfaces. The spatially varying earthquake ground motion is characterized by the incoherence and wave-passage effects. Mean of maximum response values obtained from the spatially varying earthquake ground motion case are compared for the isolated and non-isolated bridge models. It is pointed out that the base isolation of the considered cable-stayed bridge model subjected to the spatially varying earthquake ground motion significantly underestimates the deck and the tower responses.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2001.09a
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pp.311-319
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2001
Recently, the number of seismically isolated bridges increased suddenly since the occurrence of strong earthquakes. However, because isolator lies between pier and girder, the response of the superstructure of seismically isolated bridge may be magnified and induce risk of unseating girder Consequently, the response of girder constitutes a crucial factor in designing bridge. In the case of frictional bearing, the inherent nonlinearity makes the use of former linear response spectrum unable to estimate the maximum response of the bearing, and nonlinear tlme history analysis shall be applied. In this paper, nonlinear response spectrum considering frictional element is established, and simple analysis method using such nonlinear spectrum is proposed to estimate the maximum response of the superstructure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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