Seismic behaviour and analysis of continuous reinforced concrete bridges

This study focuses on the seismic analysis and behaviour of continuous 4-span bridges. Different methods of analyses including linear multi-mode analysis, inelastic time history analysis and incremental dynamic analysis (IDA) are used for the seismic evaluations of bridges in this study.This thesis includes two main parts. In the first part the seismic behaviour of bridges with different column heights (i.e., irregularity due to different column stiffnesses) is studied. The seismic evaluations are carried out in the transverse and longitudinal directions of bridges to recognize the important aspects which influence the seismic behaviour. Parametric studies were carried out for a number of bridges in the transverse and the longitudinal directions. To perform a large number of designs and analyses, a computer program was developed to design the bridges, perform the modelling and extract and evaluate the analysis results. The effects of different column heights, different column diameters, different superstructure mass and stiffness, as well as different abutment conditions on the seismic response of bridges were studied using elastic and inelastic analyses. The results from the elastic and inelastic analyses were compared to demonstrate the limitations of the linear analyses for the seismic design and evaluation of irregular bridges. The effects of including nonlinear abutment models with different stiffness and strengths were also studied in the longitudinal response of the bridges. Seismic ductility demands and concentration of ductility demands were evaluated and the maximum demand to capacity ratios were predicted for a wide range of bridges studied. The use of different regularity indices to predict the seismic response of bridges was also investigated.In the second part of the thesis, the use of incremental dynamic analysis for seismic evaluation of bridges is studied. The influence of different record selection methodologies including the UHS-based, CMS-based and epsilon-based methods on the predictions of the IDA results is investigated. In addition, the effects of different earthquake types including crustal, subduction interface and subduction inslab earthquakes on the IDA results are studied. Three large record sets were selected for three earthquake types and a fast algorithm was developed for the incremental dynamic analysis to evaluate the collapse capacity of different bridge configurations subjected to different earthquake types. The IDA results were also predicted for different subsets of records with specific characteristics. The effects of spectral shapes and epsilon values were also considered using seismic hazard deaggregation results.Cette étude se concentre sur l'analyse sismique et sur le comportement des ponts à 4 portées continues. Différentes méthodes d'analyse, telles que la méthode multimode linéaire, la méthode temporelle non linéaire et la méthode d'analyse dynamique incrémentale (ADI), sont utilisées pour l'évaluation sismique de ponts.Cette thèse se divise en deux parties principales. Dans la première partie, le comportement sismique des ponts composés de colonnes de différentes hauteurs (c'est-à-dire, irrégularité causée par différentes raideurs de colonne) est étudié. Les évaluations sismiques sont réalisées dans les directions transversal et longitudinal des ponts afin de considérer les aspects importants qui influencent le comportement sismique. Des études paramétriques furent réalisées pour un certain nombre de ponts (c'est-à-dire 648 ponts dans la direction transversale et plus de 2500 cas dans la direction longitudinale). Afin d'effectuer un grand nombre de dimensionnements et d'analyses, un programme informatique fut développé pour dimensionner des ponts, effectuer la modélisation et extraire et évaluer les résultats d'analyse. Les effets de différentes hauteurs de colonne, de différents diamètres de colonne, de différentes masses et raideurs de la superstructure, et de différentes conditions de butée sur la réponse sismique des ponts furent étudiés en utilisant des analyses élastiques et inélastiques. Les résultats des analyses élastiques et inélastiques furent comparés afin de démontrer les limitations des analyses linéaires pour le dimensionnement et l'évaluation sismique des ponts irréguliers. Les effets sur la réponse longitudinale des ponts de modèles de butée non linéaires considérant différentes résistances et raideurs (incluant différentes longueurs d'espace de joint et différents nombres de piles) furent également étudiés. Les demandes sismiques en ductilité et la concentration des demandes en ductilité furent évaluées et la demande maximale des ratios en capacité fut prédite pour un large éventail de ponts étudiés. L'utilisation de différents indices de régularité pour prédire la réponse sismique des ponts fut aussi examinée.Dans la seconde partie de la thèse, l'utilisation de l'ADI pour l'évaluation sismique des ponts est étudiée. L'influence de différentes méthodes de sélection d'enregistrement (incluant les méthodes basées sur l'aléa sismique, le spectre moyen conditionnel et l'epsilon) sur les prédictions obtenues avec l'ADI est examinée. De plus, l'effet de considérer différents types de tremblement de terre (incluant des tremblements de terre de surface et de subduction) sur les résultats de l'ADI est étudié. Présentement, seulement les tremblements de terre de surface sont utilisés pour l'évaluation de la performance sismique des structures. Les procédures actuelles ne sont pas nécessairement appropriées pour les régions soumises à des tremblements de terre de subduction. Trois ensembles d'enregistrement furent sélectionnés pour trois types de tremblement de terre (c'est-à-dire un total de 3 x 78 = 234 enregistrements). Un algorithme à calcul rapide fut développé pour l'ADI afin d'évaluer la capacité à l'effondrement de différentes configurations de pont soumises à différents types de tremblement de terre. Les résultats de l'ADI furent également prédits pour différents sous-ensembles d'enregistrements ayant des caractéristiques spécifiques (c'est-à-dire des valeurs d'epsilon positives, des faibles facteurs d'échelle, etc.). Les effets des spectres de réponse et des valeurs d'epsilon furent aussi considérés en utilisant les résultats de désagrégation du risque sismique