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    Lezione n27

    Universit degli Studi Roma TreDipartimento di Ingegneria

    Corso di Teoria e Progetto di Ponti A/A 2013-2014 - Dott. Ing. Fabrizio Paolacci

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    Lezione n27

    Universit degli Studi Roma TreDipartimento di Ingegneria

    Corso di Teoria e Progetto di Ponti A/A 2013-2014 - Dott. Ing. Fabrizio Paolacci

    Most of the bridges are realized with simply supported deck.

    For the evaluation of the seismic behaviour of as-built condition of the

    retrofitted condition that maintain the static scheme (presence of

    discontinuity of the deck) a simplified methodology can be adopted. It is

    base on the following steps:The pier can be considered a simple oscillator with a mass given by

    the tributary mass relative to the deck and the mass of the pier.

    The non linearity can be considered as concentrated at the pier base

    and assumed of elasto-perfectly plastic type

    The capacity of the pier represented by the shear displacement curve

    evaluated starting to the yielding and ultimate rotation on the plastichinge at the pier base

    The response is evaluated by Push-over analysis using the N2

    method

    The verification is made in term of ductile and fragile mechanisms

    Analysis methodsSimplified non-linear analysis: Simply supported Bridges

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    Analysis methodsSimplified non-linear analysis: Simply supported Bridges

    Transversal direction: determination of the SDOF characteristics

    Mass of the simplified system

    Effective height the pier

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    Analysis methodsSimplified non-linear analysis: Simply supported Bridges

    Transversal direction: determination of the capacity

    On the basis of the simplified model the

    capacity of the pier can be evaluated

    starting form the linearized Moment-

    Curvature relationship and evaluating the

    yielding and ultimate top displacements

    using the following formula

    Length of the plastic hinge

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    Analysis methodsSimplified non-linear analysis: Simply supported Bridges

    Transversal direction: Evaluation of the performance point by N2

    F emax

    x

    F y

    xmaxxy

    x

    F y

    xmax,exy xmax,e

    y

    e

    F

    FR

    max, 12 RF emax

    Principle of equal displacement Principle of equal Energy

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    Analysis methodsSimplified non-linear analysis: Simply supported Bridges

    (behaviour factor)

    Evaluation of strength reduction

    factors for earthquake-resistant design,

    Miranda Bertero ( 1994) E. Spectra vol

    10 n2

    http://www.ce.berkeley.edu/~mahin/CE227/MirandaAndBertero1994.pdfhttp://www.ce.berkeley.edu/~mahin/CE227/MirandaAndBertero1994.pdfhttp://www.ce.berkeley.edu/~mahin/CE227/MirandaAndBertero1994.pdfhttp://www.ce.berkeley.edu/~mahin/CE227/MirandaAndBertero1994.pdfhttp://www.ce.berkeley.edu/~mahin/CE227/MirandaAndBertero1994.pdfhttp://www.ce.berkeley.edu/~mahin/CE227/MirandaAndBertero1994.pdfhttp://www.ce.berkeley.edu/~mahin/CE227/MirandaAndBertero1994.pdfhttp://www.ce.berkeley.edu/~mahin/CE227/MirandaAndBertero1994.pdfhttp://www.ce.berkeley.edu/~mahin/CE227/MirandaAndBertero1994.pdfhttp://www.ce.berkeley.edu/~mahin/CE227/MirandaAndBertero1994.pdfhttp://www.ce.berkeley.edu/~mahin/CE227/MirandaAndBertero1994.pdfhttp://www.ce.berkeley.edu/~mahin/CE227/MirandaAndBertero1994.pdfhttp://www.ce.berkeley.edu/~mahin/CE227/MirandaAndBertero1994.pdfhttp://www.ce.berkeley.edu/~mahin/CE227/MirandaAndBertero1994.pdf
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    Analysis methodsSimplified non-linear analysis: Simply supported Bridges

    V

    1u1y

    1uV

    1yV

    2y 2u

    2yV2u

    V1 2

    Pila 2

    Pila 1

    V

    1u1y

    1uV

    1yV

    2y 2u

    2yV2u

    V1 2

    Pila 2

    Pila 1

    imm

    As soon as we have found the global multilinear capacity curve of the bridge,

    built considering all the piers in parallel, the above procedure can be easily

    applied considering the global mass as the sum of the single masses

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    Analysis methodsSimplified non-linear analysis: Continuous deck bridges

    Mono-modal method

    Distribution of force

    Participation

    factor V*

    u*

    Bi-linearization

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    Analysis methodsSimplified non-linear analysis: Continuous deck bridges

    Evaluation of the maximum

    displacement

    To be compared

    With the capacity

    V *

    u*

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    Simply supported bridge (ordinary bridge)

    Geometry

    1 2 3 45

    fc= 25 MPa

    fsy= 400 MPa

    Concrete

    Steel

    Soil BVS,30> 500m/s

    Class IV

    Data

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    Simply supported bridge

    Definition of the seismic input

    Nominal life (ordinary bridge): VN= 50 years

    Class: IV Cu = 2

    Reference life : VR= Cu VN= 100 years

    Soil B

    Life safety level (SLV)

    PR=10% TR=949 y.

    Collapse prevention (SLC)

    PR=5% TR=1950 y.

    NTC08 provide discrete TR. Therefore

    an interpolation of data is needed

    U i it d li St di R T Di ti t di I i

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    Simply supported bridge

    Definition of the seismic input

    Nominal life (ordinary bridge): VN= 50 years

    Class: IV Cu = 2

    Reference life : VR= Cu VN= 100 years

    Soil B

    Life safety level (SLV)

    PR=10% TR=949 y.

    Collapse prevention (SLC)

    PR=5% TR=1950 y.

    NTC08 provide discrete TR. Therefore

    an interpolation of data is needed

    U i it d li St di R T Di ti t di I i

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    Simply supported bridge

    Evaluation of weight and mass (pier 5)

    Mass of the deck

    Height of the deck respect to ground

    Total weight of the pier cap

    Height of the pier cap

    Linear weight of the pier

    Height of the pier

    Total weight of the pier

    Height of foundation

    Axial force on the pier

    Total mass

    10.0 m

    U i it d li St di R T Di ti t di I i

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    Simply supported bridge

    Evaluation of Moment-rotation of the pier base

    Bi-linearization

    Concrete: Kent-Park model

    Steel

    N=5437 kN

    U i it d li St di R T Di ti t di I i

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    Simply supported bridge

    Evaluation of the capacity of the piers (Force-displacement law)

    Pier 5

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    Simply supported bridge

    Evaluation of the seismic Demand (transversal direction)

    Fundamental period

    Spectral acceleration (SLV)

    Spectral Displacement

    Base-shear

    Base Moment

    17

    (T > Tc) equal

    displacement

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    Simply supported bridge

    Evaluation of the seismic Capacity (Longitudinal direction)

    Bilinearization of the

    Multilinear law

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    Simply supported bridge

    Evaluation of the seismic Demand (Longitudinal direction)

    (non-linear response)

    For example for the pier 5

    L i 27

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    Simply supported bridge

    Verification format (Ductile mechanisms)

    ySLD

    SLCSLV

    eleluSLC

    /

    ./

    43

    51

    Pier 5

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    Simply supported bridge

    Verification format (Ductile mechanisms)

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    Simply supported bridge

    Verification format (Fragile mechanisms)

    Axial force contribution

    Concrete contribution

    Reinforcement contribution

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    Simply supported bridge

    Verification format (Fragile mechanisms)

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    Simply supported bridge

    Verification format (Fragile mechanisms)

    Pier 5

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    Simply supported bridge

    The level of safety is encountered both for SLV and SLC

    In conclusion the bridge does not have an enough level of safety both

    with respect to ductile mechanism and to fragile one

    A retrofitting action has to be adopted.

    SLV

    SLC