Probabilistic seismic fragility analysis for pier and bearing of a reinforced concrete flyover in Da Nang – Quang Ngai expressway
Email:
phnam@dut.udn.vn
Keywords:
reinforced concrete bridge, fragility curve, probabilistic seismic demand, ground motion, nonlinear dynamic analysis, nonlinear static pushover analysis.
Abstract
Performance-based seismic design is a new seismic design methodology and widely used in recent years. This method includes probabilistic analyses of seismic hazard, seismic demand, seismic damage, and risk or loss analysis corresponding to the performance objective of structures. In which, the analyses of seismic demand and damage of structural components are represented by fragility curves, which play an important role associated with structural performance levels. This paper focuses on an analytical method to develop a probabilistic seismic demand model for bridges; and thus, derive component fragility curves corresponding to different limit states. The proposed model is then applied to analyze the failure probability of the pier and bearing of a typical reinforced concrete flyover in the Da Nang - Quang Ngai expressway. The bridge is first simulated using a three-dimensional nonlinear finite element model. Nonlinear static and dynamic analyses are then performed on different sets of records to find an optimal probabilistic seismic demand model for the pier and bearing. The analysis results from component seismic fragility curves show that the probability of occurring moderate and severe damage to the pier and bearing is limited; while, minor damage may occur with a high probability.References
[1]. A. Ghobarah, Performance-based design in earthquake engineering: state of development, Engineering Structures, 23 (2021) 878-884. https://doi.org/10.1016/S0141-0296(01)00036-0
[2]. ASCE 41, Seismic evaluation and retrofit of existing buildings, ASCE/SEI 41-17, Reston, VA, 2017.
[3]. FEMA 445, Next-generation performance-based seismic design guidelines program plan for new and existing buildings, Applied Technology Council, Redwood City, CA, 2006.
[4]. M. Shinozuka, M.Q. Feng, J. Lee, T. Naganuma, Statistical analysis of fragility curves, Journal of Engineering Mechanics, 26 (2000) 1224-1231. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9399(2000)126:12(1224)
[5]. H. Hwang, J.B. Liu, Y.H. Chiu, Seismic fragility analysis of highway bridges, Mid-America Earthquake Center CD Release 01-06, 2001.
[6]. B.G. Nielson, R. DesRoches, Analytical seismic fragility curves for typical bridges in the central and southeastern united states, Earthquake Spectra, 23 (2007) 615-633. https://doi.org/10.1193%2F1.2756815
[7]. J.E. Padgett, R. DesRoches, Sensitivity of seismic response and fragility to parameter uncertainty, Journal of Structural Engineering, 133 (2007) 1710-1718. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9445(2007)133:12(1710)
[8]. C. Cornell, F. Jalayer, R. Hamburger, D. Foutch, Probabilistic basis for 2000 SAC Federal Emergency Management Agency steel moment frame guidelines, Journal of Structural Engineering, 128 (2002) 526-533. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9445(2002)128:4(526)
[9]. D. Vamvatsikos, C.A. Cornell, Incremental dynamic analysis, Earthquake Engineering & Structural Dynamics, 31 (2002) 491-514. https://doi.org/10.1002/eqe.141
[10]. F. Jalayer, C.A. Cornell, Alternative non-linear demand estimation methods for probability-based seismic assessments, Earthquake Engineering & Structural Dynamics, 38 (2009) 951-972. https://doi.org/10.1002/eqe.876
[11]. N. Shome, C.A. Cornell, P. Bazzurro, J.E. Carballo, Earthquakes, records, and nonlinear responses, Earthquake Spectra, 14 (1998) 469-500. https://doi.org/10.1193%2F1.1586011
[12]. Đ.V. Thuật, Đánh giá chuyển vị ngang phi tuyến của kết cấu nhà nhiều tầng chịu động đất dựa theo phân tích tĩnh phi tuyến và phổ thiết kế đàn hồi trong TCXDVN 375:2006, Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng (KHCNXD)-ĐHXD 4(2) (2010). https://stce.nuce.edu.vn/index.php/vn/article/view/1124
[13]. Q.H. Văn, H. T. Thu, Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm ứng xử của kết cấu chịu tải trọng động đất có xét đến tương tác với đất nền, Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải, 71 (2020) 1016-1026. http://dx.doi.org/10.47869/tcsj.71.9.1
[14]. P.H. Nam, V.N. Khoa, N.H. Vĩnh, H.P. Hoa, Phân tích ứng xử địa chấn và kiểm soát hư hại kết cấu trụ cầu bê tông cốt thép sử dụng phương pháp phân tích tĩnh và động phi tuyến, Tạp Chí Khoa học Và Công nghệ - Đại học Đà Nẵng, 19 (2021) 37-42. https://jst-ud.vn/jst-ud/article/view/7579
[15]. T.C. Dang, T.P. Le, P. Ray, Seismic fragility curves based on the probability density evolution method, Vietnam Journal of Mechanics, 39 (2017) 177-189. https://doi.org/10.15625/0866-7136/10208
[16]. Đ.C. Thuật, P. My, Thiết lập đồ thị trạng thái phá hủy kết cấu theo chu kỳ lặp lại trận động đất - một trường hợp áp dụng. Tạp chí Xây dựng - Bộ Xây dựng, 615 (2019) 224-227.
[17]. TCN 272:2005, Tiêu chuẩn thiết kế cầu, Bộ giao thông vận tải, 2005.
[18]. TCXDVN 375:2006, Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam về thiết kế công trình chịu động đất, Bộ xây dựng, 2006.
[19]. F. McKenna, G.L. Fenves, M.H. Scott, Open system for earthquake engineering simulation, University of California, Berkeley, 2000.
[20]. M.H. Mohd Yassin, Nonlinear analysis of prestressed concrete structures under monotonic and cycling loads, PhD dissertation, University of California, Berkeley, 1994.
[21]. F.C. Filippou, E.P. Popov, V.V. Bertero, Effects of bond deterioration on hysteretic behavior of reinforced concrete joints, Report EERC 83-19, Earthquake Engineering Research Center, University of California, Berkeley, 1983.
[22]. P. H. Nam, H.M. Hùng, N.M. Hải, H.P. Hoa, Mô hình hóa khớp dẻo trong đánh giá phá hoại địa chấn của cột bê tông cốt thép dựa trên mạng nơron nhân tạo, Tạp Chí Khoa Học Công Nghệ Xây Dựng (KHCNXD) – ĐHXDHN, 15 (2021) 119-130. https://doi.org/10.31814/stce.huce(nuce)2021-15(7V)-11
[23]. TCVN 9386:2012, Tiêu chuẩn quốc gia về thiết kế công trình chịu động đất, Bộ xây dựng, 2012.
[24]. P.H. Hoang, H.N. Phan, D.T. Nguyen, F. Paolacci, Kriging Metamodel-Based Seismic Fragility Analysis of Single-Bent Reinforced Concrete Highway Bridges, Buildings, 11 (2021) 238. https://doi.org/10.3390/buildings11060238
[25]. E.A. Dizaj, M.M. Kashani, Numerical investigation of the influence of cross-sectional shape and corrosion damage on failure mechanisms of RC bridge piers under earthquake loading, Bulletin of Earthquake Engineering, 18 (2020) 4939-4961. https://doi.org/10.1007/s10518-020-00883-3
[26]. H.N. Phan, F. Paolacci, V.M. Nguyen, P.H. Hoang, Ground motion intensity measures for seismic vulnerability assessment of steel storage tanks with unanchored support conditions, ASME. Journal of Pressure Vessel Technology, 143 (2021) 061904. https://doi.org/10.1115/1.4051244
[2]. ASCE 41, Seismic evaluation and retrofit of existing buildings, ASCE/SEI 41-17, Reston, VA, 2017.
[3]. FEMA 445, Next-generation performance-based seismic design guidelines program plan for new and existing buildings, Applied Technology Council, Redwood City, CA, 2006.
[4]. M. Shinozuka, M.Q. Feng, J. Lee, T. Naganuma, Statistical analysis of fragility curves, Journal of Engineering Mechanics, 26 (2000) 1224-1231. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9399(2000)126:12(1224)
[5]. H. Hwang, J.B. Liu, Y.H. Chiu, Seismic fragility analysis of highway bridges, Mid-America Earthquake Center CD Release 01-06, 2001.
[6]. B.G. Nielson, R. DesRoches, Analytical seismic fragility curves for typical bridges in the central and southeastern united states, Earthquake Spectra, 23 (2007) 615-633. https://doi.org/10.1193%2F1.2756815
[7]. J.E. Padgett, R. DesRoches, Sensitivity of seismic response and fragility to parameter uncertainty, Journal of Structural Engineering, 133 (2007) 1710-1718. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9445(2007)133:12(1710)
[8]. C. Cornell, F. Jalayer, R. Hamburger, D. Foutch, Probabilistic basis for 2000 SAC Federal Emergency Management Agency steel moment frame guidelines, Journal of Structural Engineering, 128 (2002) 526-533. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9445(2002)128:4(526)
[9]. D. Vamvatsikos, C.A. Cornell, Incremental dynamic analysis, Earthquake Engineering & Structural Dynamics, 31 (2002) 491-514. https://doi.org/10.1002/eqe.141
[10]. F. Jalayer, C.A. Cornell, Alternative non-linear demand estimation methods for probability-based seismic assessments, Earthquake Engineering & Structural Dynamics, 38 (2009) 951-972. https://doi.org/10.1002/eqe.876
[11]. N. Shome, C.A. Cornell, P. Bazzurro, J.E. Carballo, Earthquakes, records, and nonlinear responses, Earthquake Spectra, 14 (1998) 469-500. https://doi.org/10.1193%2F1.1586011
[12]. Đ.V. Thuật, Đánh giá chuyển vị ngang phi tuyến của kết cấu nhà nhiều tầng chịu động đất dựa theo phân tích tĩnh phi tuyến và phổ thiết kế đàn hồi trong TCXDVN 375:2006, Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng (KHCNXD)-ĐHXD 4(2) (2010). https://stce.nuce.edu.vn/index.php/vn/article/view/1124
[13]. Q.H. Văn, H. T. Thu, Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm ứng xử của kết cấu chịu tải trọng động đất có xét đến tương tác với đất nền, Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải, 71 (2020) 1016-1026. http://dx.doi.org/10.47869/tcsj.71.9.1
[14]. P.H. Nam, V.N. Khoa, N.H. Vĩnh, H.P. Hoa, Phân tích ứng xử địa chấn và kiểm soát hư hại kết cấu trụ cầu bê tông cốt thép sử dụng phương pháp phân tích tĩnh và động phi tuyến, Tạp Chí Khoa học Và Công nghệ - Đại học Đà Nẵng, 19 (2021) 37-42. https://jst-ud.vn/jst-ud/article/view/7579
[15]. T.C. Dang, T.P. Le, P. Ray, Seismic fragility curves based on the probability density evolution method, Vietnam Journal of Mechanics, 39 (2017) 177-189. https://doi.org/10.15625/0866-7136/10208
[16]. Đ.C. Thuật, P. My, Thiết lập đồ thị trạng thái phá hủy kết cấu theo chu kỳ lặp lại trận động đất - một trường hợp áp dụng. Tạp chí Xây dựng - Bộ Xây dựng, 615 (2019) 224-227.
[17]. TCN 272:2005, Tiêu chuẩn thiết kế cầu, Bộ giao thông vận tải, 2005.
[18]. TCXDVN 375:2006, Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam về thiết kế công trình chịu động đất, Bộ xây dựng, 2006.
[19]. F. McKenna, G.L. Fenves, M.H. Scott, Open system for earthquake engineering simulation, University of California, Berkeley, 2000.
[20]. M.H. Mohd Yassin, Nonlinear analysis of prestressed concrete structures under monotonic and cycling loads, PhD dissertation, University of California, Berkeley, 1994.
[21]. F.C. Filippou, E.P. Popov, V.V. Bertero, Effects of bond deterioration on hysteretic behavior of reinforced concrete joints, Report EERC 83-19, Earthquake Engineering Research Center, University of California, Berkeley, 1983.
[22]. P. H. Nam, H.M. Hùng, N.M. Hải, H.P. Hoa, Mô hình hóa khớp dẻo trong đánh giá phá hoại địa chấn của cột bê tông cốt thép dựa trên mạng nơron nhân tạo, Tạp Chí Khoa Học Công Nghệ Xây Dựng (KHCNXD) – ĐHXDHN, 15 (2021) 119-130. https://doi.org/10.31814/stce.huce(nuce)2021-15(7V)-11
[23]. TCVN 9386:2012, Tiêu chuẩn quốc gia về thiết kế công trình chịu động đất, Bộ xây dựng, 2012.
[24]. P.H. Hoang, H.N. Phan, D.T. Nguyen, F. Paolacci, Kriging Metamodel-Based Seismic Fragility Analysis of Single-Bent Reinforced Concrete Highway Bridges, Buildings, 11 (2021) 238. https://doi.org/10.3390/buildings11060238
[25]. E.A. Dizaj, M.M. Kashani, Numerical investigation of the influence of cross-sectional shape and corrosion damage on failure mechanisms of RC bridge piers under earthquake loading, Bulletin of Earthquake Engineering, 18 (2020) 4939-4961. https://doi.org/10.1007/s10518-020-00883-3
[26]. H.N. Phan, F. Paolacci, V.M. Nguyen, P.H. Hoang, Ground motion intensity measures for seismic vulnerability assessment of steel storage tanks with unanchored support conditions, ASME. Journal of Pressure Vessel Technology, 143 (2021) 061904. https://doi.org/10.1115/1.4051244
Downloads
Download data is not yet available.
Received
10/02/2022
Revised
18/03/2022
Accepted
12/04/2022
Published
15/04/2022
Type
Research Article
How to Cite
Nguyễn Văn, M., Phan Hoàng, N., Nguyễn Minh, H., & Hoàng Phương, H. (1649955600). Probabilistic seismic fragility analysis for pier and bearing of a reinforced concrete flyover in Da Nang – Quang Ngai expressway. Transport and Communications Science Journal, 73(3), 300-315. https://doi.org/10.47869/tcsj.73.3.8
Abstract Views
342
Total Galley Views
288
