The performance of passive control system for the seismic protection of a multi-tower cable-stayed bridge with the application of partially longitudinal constraint system is investigated. The seismic responses of the Jiashao Bridge, a six-tower cable-stayed bridge using the partially longitudinal constraint system are studied under real earthquake ground motions. The effects of the passive control devices including the viscous fluid dampers and elastic cables on the seismic responses of the bridge are examined by taking different values of parameters of the devices. Further, the optimization design principle of passive control system using viscous fluid dampers is presented to determine the optimized parameters of the viscous fluid dampers. The results of the investigations show that the control objective of the multi-tower cable-stayed bridge with the partially longitudinal constraint system is to reduce the base shears and moments of bridge towers longitudinally restricted with the bridge deck. The viscous fluid dampers are found to be more effective than elastic cables in controlling the seismic responses. The optimized parameters for the viscous fluid dampers are determined following the principle that the peak displacement at the end of bridge deck reaches to the maximum value, which can yield maximum reductions in the base shears and moments of bridge towers longitudinally restricted with the bridge deck, with slight increases in the base shears and moments of bridge towers longitudinally unrestricted with the bridge deck.
Son, Su Won;Kim, Eung Soo;Na, Geon Ha;Kim, Jin Man
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.21
no.3
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pp.125-135
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2017
Various seismic isolation methods are being applied to bridges and buildings to improve their seismic performance. Most seismic isolation systems are the structural seismic isolation systems. In this study, the seismic performance of geotechnical seismic isolation system capable of isolating the lower foundation of the bridge structure from ground was evaluated. The geotechnical seismic isolation system was built with teflon, and the model structure was made by adopting the similitude law. The response acceleration for sinusoidal waves of various amplitudes and frequencies and seismic waves were analyzed by performing 1-G shaking table experiments. Fixed foundation, Sliding foundation, and Rocking foundation were evaluated. The results of this study indicated that the Teflon-type seismic foundation isolation system is effective in reducing the acceleration transmitted to the superstructure subject to large input ground motion. Response spectrum of the Rocking and Sliding foundation structures moves to the long period, while that of Fixed foundation moves to short period.
Seismic resisting self-centering bridge piers with high energy dissipation and negligible residual displacement after an earthquake event are focus topics of current structural engineering. The energy dissipation components of typical bridge piers are often relatively single; and exhibit a certain level of damage under earthquakes, leading to large residual displacements and low cumulative energy dissipation. In this paper, a novel socket self-centering bridge pier with a hybrid energy dissipation system is proposed. The seismic resilience of bridge piers can be improved through the rational design of annular grooves and rubber cushions. The seismic response was evaluated through the finite element method. The effects of rubber cushion thickness, annular groove depth, axial compression ratio, and lateral strength contribution ratio of rubber cushion on the seismic behavior of bridge piers are systematically studied. The results show that the annular groove depth has the greatest influence on the seismic performance of the bridge pier. Especially, the lateral strength contribution ratio of the rubber cushion mainly depends on the depth of the annular groove. The axial compression ratio has a significant effect on the ultimate bearing capacity. Finally, the seismic design method is proposed according to the influence of the above research parameters on the seismic performance of bridge piers, and the method is validated by an example. It is suggested that the range of lateral strength contribution ratio of rubber cushion is 0.028 ~ 0.053.
In this study, the periodic seismic performance evaluation scheme is proposed using a structural health monitoring system in terms of seismic fragility. An instrumented highway bridge is used to demonstrate the evaluation procedure involving (1) measuring ambient vibration of a bridge under general vehicle loadings, (2) identifying modal parameters from the measured acceleration data by applying output-only modal identification method, (3) updating a preliminary finite element model (obtained from structural design drawings) with the identified modal parameters using real-coded genetic algorithm, (4) analyzing nonlinear response time histories of the structure under earthquake excitations, and finally (5) developing fragility curves represented by a log-normal distribution function using maximum likelihood estimation. It is found that the seismic fragility of a highway bridge can be updated using extracted modal parameters and can also be monitored further by utilizing the instrumented structural health monitoring system.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.37
no.4
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pp.251-258
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2024
This study investigated the effect of bearing aging on the seismic response of a three-span continuous concrete girder bridge with pot bearings installed. The pot bearings were modeled as elastic springs in the longitudinal, transverse, and vertical directions of the bridge to reflect the stiffness of fixed and movable supports. The effect of bearing aging on the seismic response of the bridge was examined by considering two factors: a decrease in the horizontal stiffness of the fixed bearings and an increase in the horizontal stiffness of the movable bearings. The finite element model of the three-span continuous girder bridge was validated by comparing its numerical natural frequencies with the designed natural frequencies. Using artificial ground motions that conform to the design response spectrum specified by the KDS bridge seismic design code, the seismic responses of the bridge's girders and bearings were calculated, considering the bearing stiffness variation due to aging. The results of a numerical analysis revealed that a decrease in the horizontal stiffness of the fixed bearings led to an increase in the absolute maximum relative displacement of the bearings during an earthquake. This increases the risk of the mortar block that supports the bearing cracking and the anchor bolt breaking. However, an increase in the horizontal stiffness of the movable bearings due to aging decreased the absolute maximum shear on the fixed bearings. Despite the shear reduction in the fixed bearings, the aging of the pot bearings change could cause additional tensile bending stress in the girder section above the free bearings, which could lead to unexpected structural damage to the continuous bridge during an earthquake.
The present paper deals with the optimum performance of the passive hybrid control system for the benchmark highway bridge under the six earthquakes ground motion. The investigation is carried out on a simplified finite element model of the 91/5 highway overcrossing located in Southern California. A viscous fluid damper (known as VFD) or non-linear fluid viscous spring damper has been used as a passive supplement device associated with polynomial friction pendulum isolator (known as PFPI) to form a passive hybrid control system. A parametric study is considered to find out the optimum parameters of the PFPI system for the optimal response of the bridge. The effect of the velocity exponent of the VFD and non-linear FV spring damper on the response of the bridge is carried out by considering different values of velocity exponent. Further, the influences of damping coefficient and vibration period of the dampers are also examined on the response of the bridge. To study the effectiveness of the passive hybrid system on the response of the isolated bridge, it is compared with the corresponding PFPI isolated bridges. The investigation showed that passive supplement damper such as VFD or non-linear FV spring damper associated with PFPI system is significantly reducing the seismic response of the benchmark highway bridge. Further, it is also observed that non-linear FV spring damper hybrid system is a more promising strategy in reducing the response of the bridge compared to the VFD associated hybrid system.
A research program was initiated at the University of Colorado at Boulder to develop computational models that can be used for seismic risk assessments. To assess the overall performance of bridge structures including the nonlinear effects of bridge piers, the research focused on two levels of capabilities, i.e. global and local pier levels. A 3-D concrete model was used to evaluate the behavior of individual piers under combined axial, bending, and shear loadings using 3-D finite element analysis. Whereby the response curve reached the peak strength of the R/C column under the constant axial and monotonically increasing lateral loads. Experimental results on reinforced concrete bridge piers, which were obtained at the University of California at San Diego were used to validate the seismic performance of bridge piers at the two levels, globa1 and local.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.26
no.5
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pp.43-48
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2022
In order to evaluate the seismic performance of the modular expansion joint known for its large expansion allowance and remarkable durability, this study conducts seismic response analysis and seismic simulation test. The bridge selected for the seismic response analysis is a cable stayed bridge with main span length of 1,000m. Three artificial earthquake were generated with respect to the design response spectra of the Korean Standards (KS), AASHTO LRFD and Eurocode, and applied to the selected bridge. The seismic simulation tests reproduced the artificial earthquakes using dynamic hydraulic actuators in the longitudinal and transverse directions. The test results verified the durability and safety of the expansion joint in view of its seismic behavior since abnormal behavior or failure of the expansion joint was not observed when the artificial earthquake waves were applied in the longitudinal direction, transverse direction and both directions.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2003.03a
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pp.377-384
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2003
Recently, there are much concerns about new and innovative transverse materials which could be used instead of conventional transverse steel in reinforced concrete bridge piers. FRP materials could be substituted for conventional transverse steel because of their sufficient strength, light weight, easy fabrication, and useful applicability to any shapes of pier sections, such as rectangular or circular sections. The objective of this research is to evaluate the seismic performance of reinforced concrete bridge pier specimens with FRP transverse reinforcement by means of the Quasi-Static test. In the first task, test columns were made using FRP rope, but these specimens appeared to fail at low displacement ductility levels due to insufficient confinement of strand extension itself. Therefore, the second task was to evaluate the seismic performance of test specimens transversely confined with FRP band. Although FRP banded specimens showed lower seismic performance than the specimen with spiral reinforcing steel, it satisfied with the response modification factor, 3, required for the single column of Korea bridge roadway design code. It was concluded that FRP band could be efficiently substituted for conventional reinforcing steel.
The main structural elements of historical masonry arch bridges are arches, spandrel walls, piers and foundations. The most vulnerable structural elements of masonry arch bridges under transverse seismic loads, particularly in the case of out-of-plane actions, are spandrel wall. The vulnerability of spandrel walls under transverse loads increases with the increasing of their length and height. This paper computationally investigates the out-of-plane nonlinear seismic response of spandrel walls of long-span and high masonry stone arch bridges. The Malabadi Bridge with a main arch span of 40.86m and rise of 23.45m built in 1147 in Diyarbakır, Turkey, is selected as an example. The Concrete Damage Plasticity (CDP) material model adjusted to masonry structures, and cohesive interface interaction between the infill and the spandrel walls and the arch are considered in the 3D finite element model of the selected bridge. Firstly, mode shapes with and without cohesive interfaces are evaluated, and then out-of-plane seismic failure responses of the spandrel walls with and without the cohesive interfaces are determined and compared with respect to the displacements, strains and stresses.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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