The Brace-Type Shear Fuse (BSF) device is a newly proposed steel damper with excellent cumulative ductility and stable energy dissipation. In consideration of the current situation where there are not many alternatives for transversal seismic devices used in long-span three-tower self-anchored bridges (TSSBs), this paper implements improved BSFs into the world's longest TSSB, named Jinan Fenghuang Yellow River Bridge. The new details of the BSF are developed for the TSSB, and the force-displacement hysteretic curves of the BSFs are obtained using finite element (FE) simulations. A three-dimensional refined finite element model for the research TSSB was established in SAP2000, and the effects of BSFs on dynamic characteristics and seismic response of the TSSB under different site conditions were investigated by the numerical simulation method. The results show that remarkable controlling effects of BSFs on seismic response of TSSBs under different site conditions were obtained. Compared with the case without BSFs, the TSSB installed with BSFs has mitigation ratios of the tower top displacement, lateral girder displacement, tower bending moment and tower shear force exceeding 95%, 78%, 330% and 346%, respectively. Meanwhile, BSFs have a sufficient restoring force mechanism with a minor post-earthquake residual displacement. The proposed BSFs exhibit good application prospects in long-span TSSBs.
This paper presents a seismic response analysis of bridge structures considering the spatial variation of input ground motion. In earthquake analyses of structures, it is usually assumed that the input ground motion is the same at every support. However, this assumption is not justified for long structures like bridges, because observations have shown that the earthquake ground motion can vary considerably within relatively small distances. When the soil under the foundation is relatively soft and deep, an analysis of the foundation-soil interaction must always be performed. To consider the foundation-soil interaction, a soil response analysis is performed first, and after determining the material characteristics of the foundation element obtained by this foundation-soil interaction analysis, the seismic response analysis of a bridge superstructure with equivalent springs and dampers is performed. Finally, the influences of the spatial variation in the input motion, which are affected by different soil characteristics, are considered.
Long-span structures, such as bridges, can experience different seismic excitations at the supports due to spatially variability of ground motion. Regarding current bridge designing codes, it is just EC 2008 that suggested some regulations to consider it and in the other codes almost ignored while based on some previous studies it is found that the effect of mentioned issue could not be neglected. The current study aimed to perform a comprehensive study about the effect of spatially varying ground motions on the dynamic response of a reinforced concrete bridge under asynchronous input motions considering soil-structure interactions. The correlated ground motions were generated by an introduced method that contains all spatially varying components, and imposed on the supports of the finite element model under different load scenarios. Then the obtained results from uniform and non-uniform excitations were compared to each other. In addition, the effect of soil-structure interactions involved and the corresponding results compared to the previous results. Also, to better understand the seismic response of the bridge, the responses caused by pseudo-static components decompose from the total response. Finally, an incremental dynamic analysis was performed to survey the non-linear behavior of the bridge under assumed load scenarios. The outcomes revealed that the local site condition plays an important role and strongly amplifies the responses. Furthermore, it was found that a combination of wave-passage and strong incoherency severely affected the responses of the structure. Moreover, it has been found that the pseudo-static component's contribution increase with increasing incoherent parameters. In addition, regarding the soil condition was considered for the studied bridge, it was found that a combination of spatially varying ground motions and soil-structure interactions effects could make a very destructive scenarios like, pounding and unseating.
Purpose: This is aimed to evaluate the seismic fragility of curved bridge structure with I-shape girder subjected to 12 high frequency ground motions based on Gyeongju earthquake. Method: The linear elastic finite element model of curved bridge with I-Shape cross section was constructed and them linear elastic time history analyses were performed using the 12 artificial ground motions. Result: It was found that displacement response(LS1, LS2) was failed after PGA 0.1g and the stress response also showed failure after PGA 0.2g. Conclusion: The curved bridge with I-shape girder was sensitive to high frequency earthquakes.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2004.11a
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pp.662-665
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2004
In this paper, based on shaking table test results on a seismically isolated bridge model, an inelastic numerical model is refined by using Bouc-Wen model representing the hysteretic behavior of isolators. Seismic responses of isolated bridges are numerically investigated varying with relative stiffness ratios, which is a ratio of the effective stiffness of isolator to the lateral stiffness of bridge pier. From the results, it is found that an adequate range of relative stiffness ratio could be defined for seismic design of isolated bridges without considering the flexibility of piers.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1999.10a
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pp.233-240
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1999
A general procedure is presented here to develope seismic design and analysis method for cable-supported bridges like suspension bridges subjected to ground motion. For representing a numerical model of suspension bridges. a new approach which satisfy design conditions for the initial equilibrium state of suspension bridges. without any nonlinear iterations. is proposed. The dynamic behavior of that model is verified by free vibration analysis. This study uses the response spectrum analysis to determine the Peak response of a suspension bridge to earthquake-induced ground motion. The SRSS(Square Root of Sum of Square). modal combination rule, is adopted for each direction, longitudinal and transverse. To illustrate the potential applicability for the seismic design of suspension bridges, a numerical example is presented in which the dynamic response of the Nam-hae suspension bridge subjected to earthquake
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.6
no.1
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pp.179-191
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2002
This paper presents a systematic approach to the seismic nonlinear analysis and retrofit strategies for existing bridges with isolation system using retrofit slate function newly proposed in this study. A seismic retrofit scheme using sliding base isolation system was presented to reduce the seismic hazard for bridge structures. In this study, two types of isolation systems such as lead bearings and sliding isolators were used. The behavior of sliding isolators was modeled by a triaxial interaction model. And three types of earthquakes such as El Centro, San Fernando, and the artificial were used as earthquake ground excitations. Seismic response analyses of the bridge before and after retrofit were effectively carried out by using a three-dimensional nonlinear seismic analysis program, IDARC-Bridge. Also, this paper proposes a retrofit state function for easily representing the efficiency of a retrofit scheme.
Dry bridges have been widely applied in the Qinghai-Tibet Railway (QTR) to minimize the thermal disturbance of engineering to the permafrost. However, because the Qinghai-Tibet Plateau is an area with a high potential occurrence of earthquakes, seismic action can easily destroy the dry bridges. Therefore, a three-dimensional numerical model, with consideration of the soil-pile interactions, is established to investigate the thermal characteristics and their impact on the seismic response of the dry bridge in permafrost region along the QTR. The numerical results indicate that there exist significant differences in the lateral displacement, shear force, and bending moment of the piles in different thermal conditions under seismic action. When the active layer become from unfrozen to frozen state, the maximum displacement of the bridge pile reduces, and the locations of the zero and peak values of the shear force and bending moment also change. It is found that although the higher stiffness of frozen soil confines the lateral displacement of the pile, compared with unfrozen soil, it has an adverse effect on the earthquake energy dissipation capacity.
Prior to modern seismic provisions, several bridges were not designed for seismic actions in moderate seismic areas. Precast multi-girder and slab bridges are typical highway overpass structures; they have a significant contribution to national bridge stocks. Since the seismic behavior is questionable, a preliminary parametric study is conducted to determine critical configurations and components. The results indicate that the behavior of the abutments, backfill soil, superstructure and foundation is normally satisfactory; however, the superstructure-abutment joints are critical for both single- and multi-span bridges, while the piers are also critical for longer multi-span configurations. The parametric results provide a solid basis both for detailed seismic assessment and development of design concepts of newly built structures in moderate seismic zones.
As a practical and effective seismic resisting technology, the base isolation system has seen extensive applications in buildings and bridges. However, a few problems associated with conventional lead-rubber bearings have been identified after historical strong earthquakes, e.g., excessive permanent deformations of bearings and potential unseating of bridge decks. Recently the applications of shape memory alloys (SMA) have received growing interest in the area of seismic response mitigation. As a result, a variety of SMA-based base isolators have been developed. These novel isolators often lead to minimal permanent deformations due to the self-centering feature of SMA materials. However, a rational design approach is still missing because of the fact that conventional design method cannot be directly applied to these novel devices. In light of this limitation, a displacement-based design approach for highway bridges with SMA isolators is proposed in this paper. Nonlinear response spectra, derived from typical hysteretic models for SMA, are employed in the design procedure. SMA isolators and bridge piers are designed according to the prescribed performance objectives. A prototype reinforced concrete (RC) highway bridge is designed using the proposed design approach. Nonlinear dynamic analyses for different seismic intensity levels are carried out using a computer program called "OpenSees". The efficacy of the displacement-based design approach is validated by numerical simulations. Results indicate that a properly designed RC highway bridge with novel SMA isolators may achieve minor damage and minimal residual deformations under frequent and rare earthquakes. Nonlinear static analysis is also carried out to investigate the failure mechanism and the self-centering ability of the designed highway bridge.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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