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New technique for self-centering shear keys in highway bridges

31 agosto, 2022
in L3. Riesgo y resilencia en sistemas complejos y redes, Papers, Publicaciones
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Investigadores y postdoctorados:
Hernán Santa María
Journal:
Engineering Structures
Línea de investigación:
L3. Riesgo y resiliencia en sistemas complejos y redes
Otros autores:
José Wilches, Roberto Leon, Claudio Fernández y osé I.Restrepo.
Disciplina publicación:
Ingeniería Civil
Área publicación:
Gestión del riesgo de desastres
Tema publicación:
Infraestructura crítica
Fecha:
2021
Keywords publicación:
Bridges, Reinforced concrete, Self-centering geometry, Shear keys, Soil classTime-history response analysis, Residual displacements.
Link publicación:
Link
Abstract:

Shear keys are elements in bridges designed to prevent or limit transverse unseating, rotation, and/or collapse of the superstructure responding to strong-intensity earthquake input ground motion, as well as to absorb breaking and various self equilibrating forces. During the 2010 Maule earthquake, Chile's highway infrastructure was seriously impacted. Shear key failures were endemic and did not function as intended. As a result, some bridges experienced partial or complete collapse. Even when the shear keys appeared to have worked, the superstructure exhibited large offsets, which required expensive repairs. An expensive retrofit of undamaged bridges was also carried out as a result of the inadequate response of the bridge infrastructure. This paper addresses the behavioral issues of bridges designed incorporating conventional shear keys and proposes an innovative self-centering concept that eliminates residual displacements in the superstructure. The self-centering shear key concept, as it will be termed here, makes use of the bridge self-weight as a restoring force to ensure self-centering. This concept proposal takes advantage of the kinematics of the bridge. The self-centering shear key concept was validated for a typical Chilean bridge via an extensive study that made use of nonlinear time history analyses. The results indicate that the increase in seismic demand on the substructure is small enough to maintain the bridge base structure in the elastic range while eliminating any residual displacements in the superstructure.

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