Multi-scale model can take both computational efficiency and accuracy into consideration when it is used to conduct elasto-plastic seismic response analysis for complex steel bridges. This paper proposed a method based on pushover analysis of member sharing the same section pattern to verify the accuracy of multi-scale model. A deck-through type steel arch bridge with a span length of 200m was employed for seismic response analysis using multi-scale model and fiber model respectively, the validity and necessity of elasto-plastic seismic analysis for steel bridge by multi-scale model was then verified. The results show that the convergence of load-displacement curves obtained from pushover analysis for members having the same section pattern can be used as a proof of the accuracy of multi-scale model. It is noted that the computational precision of multi-scale model can be guaranteed when length of shell element segment is 1.40 times longer than the width of section where was in compression status. Fiber model can only be used for the predictions of the global deformations and the approximate positions of plastic areas on steel structures. However, it cannot give exact prediction on the distribution of plastic areas and the degree of the plasticity.
In this paper, a hybrid seismic response control (HSRC) system was developed to control bridge behavior caused by the seismic load. It was aimed at optimum vibration control, composed of a rubber bearing of passive type and MR-damper of semi-active type. Its mathematical modeling was driven and applied to a bridge model so as to prove its validity. The bridge model was built for the experiment, a two-span bridge of 8.3 meters in length with the HSRC system put up on it. Then, inflicting the EI Centro seismic load on it, shaking table tests were carried out to confirm the system's validity. The experiments were conducted under the basic structure state (without an MR-damper applied) first, and then under the state with an MR-damper applied. It was also done under the basic structure state with a reinforced rubber bearing applied, then the passive on/off state of the HSRC system, and finally the semi-active state where the control algorithm was applied to the system. From the experiments, it was observed that pounding rather increased when the MR-damper alone was applied, and also that the application of the HSRC system effectively prevented it from occurring. That is, the experiments showed that the system successfully mitigated structural behavior by 70% against the basic structure state, and, further, when control algorithm is applied for the operation of the MR-damper, relative displacement was found to be effectively mitigated by 80%. As a result, the HSRC system was proven to be effective in mitigating responses of the two-span bridge under seismic load.
Kim, Seong-Do;Ahn, Jin-Hee;Kong, Young-Ee;Choi, Hyoung-Suk;Cheung, Jin-Hwan
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.19
no.4
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pp.161-171
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2015
A series of tests was conducted for full-scale single-pylon asymmetric cable-stayed bridges using a system of multiple shaking tables. The 2-span bridge length was 28 m, and the pylon height was 10.2 m. 4 different base conditions were considered: the fixed condition, RB (rubber bearings), LRB (lead rubber bearings), and HDRB (high damping rubber bearings). Based on investigation of the seismic response, the accelerations and displacements in the axial direction of the isolated bridge were increased compared to non-isolated case. However, the strain of the pylon was decreased, because the major mode of the structure was changed to translation for the axial direction due to the dynamic mass. The response of the cable bridge could differ from the desired response according to the locations and characteristics of the seismic isolator. Therefore, caution is required in the design and prediction in regard to the location and behavior of the seismic isolator.
A probabilistic seismic damage analysis is an essential procedure to identify seismically vulnerable structures, prioritize the seismic retrofit, and ultimately minimize the overall seismic risk. To assess the seismic risk of multiple structures within a region, a large number of nonlinear time-history structural analyses must be conducted and studied. As a result, each assessment requires high computing resources. To overcome this limitation, we explore a deep learning-based metamodel to enable the prediction of the mean and the standard deviation of the seismic damage distribution of track-on steel-plate girder railway bridges in Korea considering the geometric variation. For machine learning training, nonlinear dynamic time-history analyses are performed to generate 800 high-fidelity datasets on the seismic response. Through intensive trial and error, the study is concentrated on developing an optimal machine learning architecture with the pre-identified variables of the physical configuration of the bridge. Additionally, the prediction performance of the proposed method is compared with a previous, well-defined, response surface model. Finally, the statistical testing results indicate that the overall performance of the deep-learning model is improved compared to the response surface model, as its errors are reduced by as much as 61%. In conclusion, the model proposed in this study can be effectively deployed for the seismic fragility and risk assessment of a region with a large number of structures.
This study aims to investigate the stochastic response of isolated and non-isolated highway bridges subjected to spatially varying earthquake ground motion model. This model includes wave passage, incoherence and site response effects. The wave passage effect is examined by using various wave velocities. The incoherency effect is investigated by considering the Harichandran and Vanmarcke coherency model. The site response effect is considered by selecting homogeneous firm, medium and soft soil types where the bridge supports are constructed. The ground motion is described by power spectral density function and applied to each support point. Triple concave friction pendulum (TCFP) bearing which is more effective than other seismic isolation systems is used for seismic isolation. To implement seismic isolation procedure, TCFP bearing devices are placed at each of the support points of the deck. In the analysis, the bridge selected is a five-span featuring cast-in-place concrete box girder superstructure supported on reinforced concrete columns. Foundation supported highway bridge is regarded as three regions and compared its different situation in the stochastic analysis. The stochastic analyses results show that spatially varying ground motion has important effects on the stochastic response of the isolated and non-isolated bridges as long span structures.
In the companion paper, a simple but effective analysis procedure termed an Improved Modal Pushover Analysis (IMPA) is proposed to estimate the seismic capacities of multi-span continuous bridge structures on the basis of the modal pushover analysis, which considers all the dynamic modes of a structure. In contrast to previous studies, the IMPA maintains the simplicity of the capacity-demand curve method and gives a better estimation of the maximum dynamic response in a bridge structure. Nevertheless, to verify its applicability, additional parametric studies for multi-span continuous bridges with large differences in the length of adjacent piers are required. This paper, accordingly, concentrates on a parametric study to review the efficiency and limitation in the application of IMPA to bridge structures through a correlation study between various analytical models including the equivalent single-degree-of-freedom method (ESDOF) and modal pushover analysis (MPA) that are usually used in the seismic design of bridge structures. Based on the obtained numerical results, this paper offers practical guidance and/or limitations when using IMPA to predict the seismic response of a bridge effectively.
Vertical earthquake ground motion may magnify vertical dynamic responses of structures, and thus cause serious damage to bridges. As main support structures, piers and bearings play an important role in vertical seismic response analysis of girder bridges. In this study, the pier and bearing are simplified as a vertical series spring system without mass. Then, based on the assumption of small displacement, the equation of motion governing the simply-supported straight girder bridge under vertical ground motion is established including effects of vertical deformation of support structures. Considering boundary conditions, the differential quadrature method (DQM) is applied to discretize the above equation of motion into a MDOF (multi-degree-of-freedom) system. Then seismic responses of this MDOF system are calculated by a step-by-step integration method. Effects of support structures on vertical dynamic responses of girder bridges are studied under different vertical strong earthquake motions. Results indicate that support structures may remarkably increase or decrease vertical seismic responses of girder bridges. So it is of great importance to consider effects of support structures in structural seismic design of girder bridges in near-fault region. Finally, optimization of support structures to resist vertical strong earthquake motions is discussed.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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1998.04a
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pp.123-130
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1998
The probability of unseating failure of the bridge spans under earthquakes is investigated. Seismic excitations are simulated as nonstationary processes by combining a stationary process and an intensity function. For computational convenience, a simplified single-degree-of-freedom model is adopted, which retains the dynamic characteristics of the original brige motion in concern. The time history analysis for the developed single degree-of-freedom model are carried out to evaluate the response processes, and the probabilistic characteristics of response displacements are evaluated. The reliability analysis of the bridge against the unseating failure is performed with the statistical information of the maximum displacements of responses.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2004.04a
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pp.439-446
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2004
In this study, the characteristic of the Near Fault Ground Motion which was not considered at the seismic design in our country and how the Near Fault Ground Motion affects the cable-stayed bridge which have long period is analyzed through the dynamic response analysis. So, the object of this study is following that it makes the data which can be utilized as the seismic safety evaluation in case of the cable-stayed bridge taken the near fault in the future.
This study presents the nonlinear dynamic analysis method of the bridge with the seismic isolation bearing. Also the numerical analyses are performed for investigating the response characteristics of the bridge isolated with the lead-rubber bearing under the ground motions compatible to Korea bridge design response spectra. It is found that the pier design force can be considerably smaller than the one for the bridge with the fixed bearing. It is observed that the lead-rubber bearing has the great effectiveness for reducing the longitudinal seismic force in case of the bridges with low and medium periods. Therefore the seismic isolation bearing can be used instead of the fixed bearing for the economic and safe design of the bridge.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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