A seismic damaged bridge may be hit again by a strong aftershock or another earthquake in a short interval before the repair work has been done. However, discussions about the impact of the unrepaired damages on the residual earthquake resistance of a steel bridge are very scarce at present. In this paper, nonlinear time-history analysis of a steel arch bridge was performed using multi-scale hybrid model. Two strong historical records of main shock-aftershock sequences were taken as the input ground motions during the dynamic analysis. The strain response, local deformation and the accumulation of plasticity of the bridge with and without unrepaired seismic damage were compared. Moreover, the effect of earthquake sequence on crack initiation caused by low-cycle fatigue of the steel bridge was investigated. The results show that seismic damage has little impact on the overall structural displacement response during the aftershock. The residual local deformation, strain response and the cumulative equivalent plastic strain are affected to some extent by the unrepaired damage. Low-cycle fatigue of the steel arch bridge is not induced by the earthquake sequences. Damage indexes of low-cycle fatigue predicted based on different theories are not exactly the same.
Su, Li;Wang, Yuanfeng;Li, Pengfei;Mei, Shengqi;Guo, Kun
Structural Engineering and Mechanics
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v.62
no.3
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pp.281-289
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2017
Damping value has considerable influence on the dynamic and seismic behaviors of bridges. However, currently the constant damping ratios that are prescribed by most bridge seismic design codes can't truly represent the complicated damping character of actual structures. In this paper, a cyclic loading experiment was conducted to study the effect of stress amplitude on material damping of concrete to present an analyzing model of the material damping of concrete. Furthermore, based on the fundamental damping of structure measured under ambient vibration, combined with the presented stress-dependent material damping concrete, the seismic response of a bridge pier was calculated. Comparison between the calculated and experiment results verified the validity of the presented damping model. Finally, a modified design and analysis method for bridge was proposed based on stress-dependent damping theory, and a continuous rigid frame bridge was selected as the example to calculate the actual damping values and the dynamic response of the bridge under different earthquake intensities. The calculation results indicated that using the constant damping given by the Chinese seismic design code of bridges would overestimate the energy dissipation capacity of the bridge.
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.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.12
no.11
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pp.856-863
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2002
Seismic qualification of the main control board(MCB) for the nuclear power plant Ulchin 5 and 6 has been performed with the guideline of ASME Section III and IEEE 344 code. As the size and weight of the MCB are too large and heavy to excite using the excitation table, finite element analysis is used in order to investigate the dynamic behaviors and structural integrity of the MCB. As the fundamental frequencies of the equipment are found to be less than 33 Hz, which is the upper frequency limit for the dynamic analysis, response spectrum analysis using ANSYS is performed in order to combine the modal stresses within the frequency limit. In order to confirm the electrical stability of the major components of the MCB. modal analysis theory has been adopted to derive the required response spectra at the component locations. As the all combined stresses obtained from the above procedures are less than the allowable stresses and no mechanical or electrical failures are found from the seismic testing, the authors can confirm the safety of the nuclear equipment MCB under the given seismic loading conditions.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.19
no.3
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pp.51-59
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2019
A hybrid mid-story seismic isolation system with a smart damper has been proposed to mitigate seismic responses of tall buildings. Based on previous research, a hybrid mid-story seismic isolation system can provide effective control performance for reduction of seismic responses of tall buildings. Structural design of the hybrid mid-story seismic isolation system is generally performed after completion of structural design of a building structure. This design concept is called as an iterative design which is a general design process for structures and control devices. In the iterative design process, optimal design solution for the structure and control system is changed at each design stage. To solve this problem, the integrated optimal design method for the hybrid mid-story seismic isolation system and building structure was proposed in this study. An existing building with mid-story isolation system, i.e. Shiodome Sumitomo Building, was selected as an example structure for more realistic study. The hybrid mid-story isolation system in this study was composed of MR (magnetorheological) dampers. The stiffnessess and damping coefficients of the example building, maximum capacity of MR damper, and stiffness of isolation bearing were simultaneously optimized. Multi-objective genetic optimization method was employed for the simultaneous optimization of the example structure and the mid-story seismic isolation system. The optimization results show that the simultaneous optimization method can provide better control performance than the passive mid-story isolation system with reduction of structural materials.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2002.10a
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pp.497-504
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2002
The characteristics of harmonic phase angles and phase angle differences contained in earthquake ground motions such as El Centre 1940 NS, Taft1 1952 NS, Hachinohe 1968 NS and Mexico 1985 are figured, which have been mostly overlooked in contrast with the importance placed on harmonic amplitudes. Recently, performance based design method is used for seismic design and seismic retrofitting, which needs nonlinear response analysis, there must be earthquake ground accelerations which contain the phase angle and the phase angle difference characteristics of the zone considered to be constructed building structures. To make clear the importance of phase angle differences, 4-earthquake ground motions are normalized by 200 gal and nonlinear response characteristics of normalized 4-earthquake ground motions are compared.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1999.10a
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pp.241-248
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1999
Structural damage during an earthquake is caused by the response of the structure to the ground motion input at its base. The dynamic force produced in the structure are due to the inertia of its vibrating elements. The response of the structure exceeds the ground motion and this dynamic magnification depends on the duration and frequency content of the ground vibration, the soil properties at the site, distance from the epicenter and the dynamic characteristics of the structure. Earthquake load used in this study as a input data was artificially simulated with the design spectrum diagram in the Korean Earthquake Resistant Design Code. This paper presents the seismic analysis of the continuous preflex composite girder bridges according to variation of pier's height and span's length.
Seismic random responses due to the wave passage effect are extensively investigated by using the pseudo excitation method (PEM). Two examples are used. The first is very simple but also very informative, while the second is a realistic suspension bridge. Numerical results show that the seismic responses vary significantly with wave speed, especially for low velocity or large span. Such variations are not monotonic, especially for flexible structures. The contributions of the dynamic and quasi-static components depend heavily on the seismic wave velocity and the natural frequencies of structures. For the lower natural frequency cases, the dynamic component has significant effects on the dynamic responses of the structure, whereas the quasi-static component dominates for higher natural frequencies unless the wave speed is also high. It is concluded that if insufficient data on local seismic wave velocity is available, it is advisable to select several possible velocity values in the seismic analysis and to choose the most conservative of the results thus obtained as the basis for design.
Lead-rubber bearings (LRBs) have been used worldwide in seismic design of buildings and bridges owing to their stable mechanical properties and good isolation effect. We have investigated the effectiveness of LRBs in framed underground structures on controlling structural seismic responses. Nonlinear dynamic time history analyses were carried out on the well-documented Daikai Station, which collapsed during the 1995 Hyogoken-Nanbu earthquake. Influences of strength ratio (ratio of yield strength of LRBs to yield strength of central column) and shear modulus of rubber on structural seismic responses were studied. As a displacement-based passive energy dissipation device, LRBs reduce dynamic internal forces of framed underground structures and improve their seismic performance. An optimal range of strength ratios was proposed for the case presented. Within this range, LRBs can dissipate maximum input earthquake energy. The maximum shear and moment of the central column can achieve more than 50% reduction, whereas the maximum shear displacement of LRBs is acceptable.
This study investigates effects of partially earth anchored cable system on the structural safety for a long-span cable-stayed bridge under dynamic loads such as seismic and wind load. For a three span cable-stayed bridge with a main span length of 810 m, two models are analyzed and compared; one is a bridge model with a self anchored cable system, the other is a bridge model with a partially earth anchored cable system. By performing multi-mode spectrum analysis for a prescribed seismic load and multi-mode buffeting analysis for a fluctuating wind component, the structural response of two models are compared. From results, the partially earth anchored cable system reduce the maximum pylon moment by 66% since earth anchored cables affect the natural frequencies of girder vertical modes and pylon longitudinal modes. In addition, the girder axial forces are decreased, specially the decrement of the axial force is large in seismic load, while girder moment is slightly increased. Thus, the partially earth anchored cable system is effective system not only on reduction of girder axial forces but also improvement of structural safety of a cable-stayed bridge under dynamic loads such as seismic and wind loads.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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