In this study, the seismic performance of skewed highway bridges has been assessed by using fragility function methodology. Incremental Dynamic Analysis (IDA) has been used to prepare complete information about the different damage states of a 30 degree skewed highway bridge. A three dimensional model of a skewed highway bridge is presented and incremental dynamic analysis has been applied. The details of the full nonlinear procedures have also been presented. Different spectral intensity measures are studied and the effects of the period on the fragility curves are shown in different figures. The efficiency, practicality and proficiency of these different spectral intensity measures are compared. A suite of 20 earthquake ground motions are considered for nonlinear time history analysis. It has been shown that, considering different intensity measures (IM) leads us to overestimate or low estimate the damage probability which has been discussed completely.
There are differences in seismic behavior between non-skewed bridges and skewed bridges due to in-plane rotations caused by pounding between the skewed deck and its abutments during strong earthquake. Many advances have been made in developing design codes and guidelines for dynamic analyses of non-skewed bridges. However, there remain significant uncertainties with regard to the structural response of skewed bridges caused by unusual seismic response characteristics. The purpose of this study is performing non-linear time history analysis of the bridges using abutment-soil interaction model considering pounding between the skewed deck and its abutments, and analyzing global seismic behavior characteristics of the skewed bridges to assess the possibility of unseating. Refined bridge model with abutment back fill, shear key and elastomeric bearing was developed using non-linear spring element. In order to evaluate the amplification of longitudinal and transverse displacement response, non-linear time history analysis was performed for single span bridges. Far-fault and near-fault ground motions were used as input ground motions. According to each parameter, seismic behavior of skewed bridges was evaluated.
Attarchiana, Nahid;Kalantari, Afshin;Moghadam, Abdolreza S.
Earthquakes and Structures
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제10권6호
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pp.1467-1486
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2016
This research focuses on seismic performance of a class of single pier skewed bridges with three different pier-deck connections; skew angles vary from $0^{\circ}$ to $60^{\circ}$. A well-documented four span continuous deck bridge has been modeled and verified. Seat-type connections with fixed and sliding bearings plus monolithic pier-deck connections are studied. Shear keys are considered either fully operational or ineffective. Seismic performances of the bridges and the structural components are investigated conducting bidirectional nonlinear time history analysis in OpenSees. Several global and intermediate engineering demand parameters (EDP) have been studied. On the basis of results, the values of demand parameters of skewed bridges, such as displacement and rotation of the deck plus plastic deformation and torsional demand of the piers, increase as the skew angle increases. In order to eliminate the deck collapse probability, the threshold skew angle is considered as $30^{\circ}$ in seat-type bridges. For bridges with skew angles greater than $30^{\circ}$, monolithic pier-deck connections should be applied. The functionality of shear keys is critical in preventing large displacements in the bearings. Pinned piers experience considerable ductility demand at the bottom.
강상자형사교의 경우 국내의 도로교 설계기준이 갖추어지지 않아, 미국의 AASHTO 및 AASHTO LRFD 설계기준을 적용할 경우에는 실제의 거동과 다른 하중분배계수를 산출하게 되어 과대설계 및 과소설계를 초래할 가능성을 가지고 있다. 본 연구의 목적은 실제 거동을 바탕으로 한 강상자형 사교의 둔각부 지점에서의 전단력 산정을 위한 하중분배계수식을 제시하는 데 있다. 이를 위하여 본 연구에서는 강상자형 사교의 다양한 구조모델들에 대해 유한요소해석을 수행하고, 각 매개변수들이 강상자형사교의 하중분배계수에 미치는 영향을 분석한 후, 다중회귀분석을 수행하여 강상자형사교의 전단력 산정을 위한 하중분배계수식을 제시한다.
R.C. Rahmen bridges have been widely constructed in the location of interchange or narrow road crossing. In addition, skewed or curved rahmen bridges are mostly constructed in comparison with normal rahmen bridges for the purpose of maintaining the route of road or considering the beauty of bridge. However, due to the functional characteristics, rahmen bridges are sustained under the direct vehicle loads and the side directional earth pressure so that the stress concentration with respect to the geometrical eccentricity can be occurred if rahmen bridges are constructed in large amount of skew. In this investigation, the behavior of skewed rahmen bridges which is located in curved route has been analysed to investigate the additional effects on the change of stress concentration. As a result, it is judged that the stress of curved rahmen bridges is more concentrated than the stress of straight rahmen bridges in the region of obtuse angle. However, in the middle of slab, the curve does not affect on the stress concentration.
This study presents a suggestion of regulation of skewed slab bridge. In order to find the characteristic behavior of skew bridge, many cases of skew bridges were analyzed with changed angle of skew. The comparison of design methods for cantilever part in pier was also made. It was found that : (1) The lower the skew angle was, the higher the maximum support reaction forces at the end point were. (2) The higher the ratio of L/B was, the higher the maximum support reaction force at the point was. (3) The effect of skew may be neglected for skew angles of $70^{\circ}$or more. (4) If elastic springs are applied to the boundary conditions to simulate the rubber pad bearings, the results will be more reasonable. (5) The shear deformation effect must be considered in the analysis of cantilever part of substructure. (6) Using strut and tie model to design cantilever part of pier, it will be more simple than finite element method with same accuracy and more accurate than using frame element.
The force transfer mechanism in positive moment continuity details for prestressed concrete girder bridges is investigated in this paper using a three-dimensional detailed finite element model. Positive moment reinforcement in the form of hairpin bars as recommended by the National Cooperative Highway Research Program Report No 519 is incorporated in the model. The cold construction joint that develops at the interface between girder ends and continuity diaphragms is also simulated via contact elements. The model is then subjected to the positive moment and corresponding shear forces that would develop over the service life of the bridge. The stress distribution in the continuity diaphragm and the axial force distribution in the hairpin bars are presented. It was found that due to the asymmetric configuration of the hairpin bars, asymmetric stress distribution develops at the continuity diaphragm, which can be exacerbated by other asymmetric factors such as skewed bridge configurations. It was also observed that when the joint is subjected to a positive moment, the tensile force is transferred from the girder end to the continuity diaphragm only through the hairpin bars due to the lack of contact between the both members at the construction joint. As a result, the stress distribution at girder ends was found to be concentrated around the hairpin bars influence area, rather than be resisted by the entire girder composite section. Finally, the results are used to develop an approach for estimating the cracking moment capacity at girder ends based on a proposed effective moment of inertia.
In this paper, we present the results of finite element analyses pertaining to the mechanical behavior of simply supported skew concrete slab bridges. To investigate the bending behavior of skew concrete slab three skewed slabs are modelled with different plate aspect ratios. In each modelled skew plate, skew angles are varied from 0$^{\circ}$to 45$^{\circ}$ by 5$^{\circ}$interval. It is found that the support reactions at the obtuse corner are remarkably higher than the other support reactions. In the design of skew slab bridge bearings, the capacity of bearing installed at the obtuse corner should be very high or otherwise the spacing between the bearings at this corner must be adjusted appropriately to resist extra high reactions.
All bearing device should be examined to determine that they are functioning properly. Small changes in other portions of the structure, such as pier or abutment settlement, may be reflected in the bearings. Bearings should be checked to see that they can move freely and are clear of all foreign material. Shoes should be in proper position relative to the temperature at the time of the inspection. Check anchor bolts for any damage and to see that nuts are secure. See that anchor bolt nuts are properly set on the expansion bearings to allow normal movement. In this paper, rehabilitation method for damaged bearings is proposed and damage example of the skewed bridge is illustrated
신설교양(新設橋梁)이 기존(旣存)의 도로(道路)나 철도(鐵道) 또는 하천(河川)을 횡단(橫斷)하는 경우에 지형적(地形的)인 여건(與件)으로 인하여 사교(斜橋)(skew bridge)의 건설(建設)이 불가피한 경우가 흔히 있게 된다. 강상판(鋼床板)은 최근(最近) 구조용강재(構造用鋼材)의 품질향상(品質向上), 용접기술(熔接技術)의 발달(發達)에 힘입어 사하중(死荷重)의 감소(減少) 및 공기단축(工期短縮) 등을 위하여 특히 장대교(長大橋)의 바닥판으로 널리 사용되어지고 있다. 본(本) 연구(硏究)에서는 강상판(鋼床板)을 정교(精巧)한 유한요소(有限要素)로 모델링하여 사각(斜角)에 따른 정적거동(靜的擧動)의 변화(變化)률 범용(汎用) 유한요소해석(有限要素解析)프로그램인 SAP90을 사용하여 분석(分析) 고찰(考察)하였다. 유한요소분석(有限要素分析)을 통하여 상판(床板)의 사각(斜角)이 $90^{\circ}{\sim}30^{\circ}$ 사이로 변화(變化)할 때에 발생(發生)되는 예각부(銳角部)와 둔각부(鈍角部) 및 중앙부(中央部)에서의 거동(擧動)을 등방성평판(等方性平板)과 직교이방성평판(直交異方性平板)에 대하여 비교분석(比較分析)하였다. 해석결과(解析結果)로부터 사각(斜角)을 갖는 원판(原板)은 등방성(等方性), 직교이방성(直交異方性)에 상관없이 둔각부(鈍角部)에서의 모멘트, 반력(反力) 및 처짐이 상판(床板)의 중앙부(中央部)에 비하여 그 값이 크게 나타났으며, 특히 $45^{\circ}$이하(以下)의 사각(斜角)에서는 그 차이(差異)가 매우 크게 발생(發生)함을 알 수 있었다. 또한 $55^{\circ}$이하(以下)로 사각(斜角)이 감소(減少)할수록 상판(床板) 둔각부(鈍角部)에서의 모멘트가 중앙부(中央部)의 모멘트 크기를 초과(超過)하며, 그 차이(差異)는 사각(斜角)이 감소(減少)할수록 현저하게 커짐을 확인하였다. 본(本) 연구(硏究)에서는 사각(斜角)의 사각(斜角)에 따른 거동특성(擧動特性)에 대한 정량적(定量的)인 평가(評價)를 하고, 사교(斜橋)에 있어서 위약부위(脆弱部位)와 사각(斜角)의 한계(限界)를 제시하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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