SEISMIC PERFORMANCE OF RC BRIDGE PIERS RETROFITTED WITH FE-BASED SHAPE MEMORY ALLOYS AND UHPC. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF MS Thesis Azeez Mahamood Mohammed Abdul G202212060.-E-Prints.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 9 January 2026. Download (11MB)

Arabic Abstract

تاريخ الدرجة: ديسمبر 2024 إن الأحداث المناخية الكارثية، بما في ذلك الزلازل، تلحق أضرارًا جسيمة بحياة الإنسان والبنية الأساسية. وتتسبب الزلازل في تحريك الأرض جانبيًا، مما يؤدي إلى إزاحة الهياكل المبنية. ويجب أن تستعيد البنية الأساسية العامة، وخاصة الجسور، وظيفتها على الفور بعد الزلزال. ويجب أن تقاوم المكونات الحاسمة مثل أرصفة الجسور التشوه الدائم أو المتبقي بعد التعرض للإزاحة الجانبية. وقد حاول بحث الأطروحة هذا معالجة هذه المشكلة من خلال إعادة تأهيل أرصفة الجسور الحالية باستخدام مزيج من سبائك الذاكرة الشكلية والخرسانة فائقة الأداء. وقد أجريت مراجعة واسعة النطاق للأدبيات لإثبات حداثة هذا النهج. وهدفت الدراسة إلى التحقيق في التأثير التآزري لسبائك الذاكرة الشكلية والخرسانة فائقة الأداء في تقليل الانجراف المتبقي مع تعزيز قوة وسعة الانجراف الجانبي لأرصفة الجسور. وتم استكشاف المزايا الفردية لسبائك الذاكرة الشكلية والخرسانة فائقة الأداء، فضلاً عن تأثيراتها التآزرية المحتملة. تضمنت المنهجية صب عينات من دعامات الجسر المصغرة، وإعادة تأهيلها من خلال تطبيق ثلاث تقنيات مميزة على عينات الدعامات مع تضمين عينة تحكم بدون إعادة تأهيل. استبدلت العينة الأولى، UH-1، غطاء التسليح الخرساني بـ UHPC في منطقة المفصلة البلاستيكية. أضافت العينة الثانية، US-1، أربعة قضبان حديدية مضلعة من Fe-SMA على طول العمود بالكامل، مسبقة الإجهاد من خلال التنشيط الحراري. جمعت العينة الثالثة، USH-1، بين التقنيتين، حيث تضمنت قضبان حديدية من Fe-SMA للإجهاد المسبق وUHPC في منطقة المفصلة البلاستيكية. تم تحليل سلوك دعامات الجسر المعاد تأهيلها في ظل الظروف الزلزالية من خلال تقييم قدرتها على تحمل الحمل الجانبي، والحمل الجانبي مقابل استجابة الإزاحة، والتشوه المتبقي، وتبديد الطاقة. تم تقليل الانجراف المتبقي بنسبة 30٪ في العينات US-1 وUSH-1 المعاد تأهيلها بقضبان حديدية من Fe-SMA مقارنة بالعينة التحكمية، مما يدل على قدرتها المتفوقة على التمركز الذاتي. بالإضافة إلى ذلك، كان الضرر الإجمالي في العينات US-1 وUSH-1 التي تم تعديلها باستخدام SMA موزعًا بالتساوي، على النقيض من الضرر المركّز الذي لوحظ في العينة الضابطة. أظهرت العينة UH-1 التي تم تعديلها باستخدام UHPC زيادة قصوى بنسبة 25% في سعة الحمل الأقصى مقارنةً بعينة التحكم والعينة US-1 التي تم تعديلها باستخدام SMA، مع الحفاظ على انجراف متبقي مماثل بالنسبة للعينة الضابطة. وعلاوة على ذلك، أظهرت زيادة بنسبة 116% في تبديد الطاقة مقارنةً بعينة التحكم وتبديد طاقة أعلى بنسبة 80% من العينة US-1 التي تم تعديلها باستخدام SMA. أظهر الجمع بين SMA وUHPC فعالية استثنائية، حيث حقق أعلى سعة حمل أقصى بين جميع العينات المختبرة. أدى هذا الجمع إلى زيادة بنسبة 50% في سعة الحمل الأقصى مقارنةً بعينة التحكم وزيادة بنسبة 22% مقارنةً بعينة UHPC التي تم تعديلها باستخدام UH-1. وعلاوة على ذلك، كان تبديد الطاقة للعينة المعاد تركيبها باستخدام كل من SMA وUHPC أعلى بنسبة 63% من العينة الضابطة وأعلى بنسبة 36% من العينة المعاد تركيبها باستخدام SMA فقط، مما يؤكد على المرونة الزلزالية المعززة التي تم تحقيقها من خلال نهج التعديل الهجين هذا.

English Abstract

Catastrophic climate events, including earthquakes, inflict significant damage on human life and infrastructure. Earthquakes induce lateral ground movement, displacing built structures. Public infrastructure, particularly bridges, must regain functionality promptly after an earthquake. Crucial components like bridge piers must resist permanent or residual deformation after experiencing lateral displacement. This thesis research tried to address this issue by retrofitting existing bridge piers with a combined application of shape memory alloys (SMAs) and ultra-high-performance concrete (UHPC). An extensive literature review was conducted to establish the novelty of this approach. The study aimed to investigate the synergistic effect of SMAs and UHPC in reducing residual drift while enhancing the strength and lateral drift capacity of bridge piers. The individual advantages of UHPC and SMAs, as well as their potential synergistic effects, were explored. The methodology involved casting scaled-down bridge pier specimens, retrofitting them by applying three distinct techniques to pier specimens while including a control specimen with no retrofitting. The first specimen, UH-1, replaced the concrete reinforcement cover with UHPC in the plastic hinge region. The second specimen, US-1, added four ribbed Fe-SMA rebars along the full column length, prestressed through thermal activation. The third specimen, USH-1, combined both techniques, incorporating Fe-SMA rebars for prestressing and UHPC in the plastic hinge region. The behavior of the retrofitted bridge piers under seismic conditions was analyzed by evaluating their lateral load capacity, lateral load versus displacement response, residual deformation, and energy dissipation. The residual drift was reduced by 30% in specimens US-1 and USH-1 retrofitted with Fe-SMA rebars compared to the control specimen, demonstrating their superior self-centering capability. Additionally, the overall damage in SMA-retrofitted specimens US-1 and USH-1 was more evenly distributed, in contrast to the concentrated damage observed in the control specimen. The UHPC-retrofitted specimen UH-1 demonstrated a maximum increase of 25% in peak load capacity compared to both the control specimen and the SMA-retrofitted specimen US-1, while maintaining similar residual drift relative to the control specimen. Furthermore, it exhibited a 116% increase in energy dissipation compared to the control specimen and an 80% higher energy dissipation than the SMA-retrofitted specimen US-1. The combination of SMA and UHPC demonstrated exceptional effectiveness, achieving the highest peak load capacity among all tested specimens. This combination resulted in a 50% increase in peak load capacity compared to the control specimen and a 22% increase compared to the UHPC-retrofitted specimen UH-1. Furthermore, the energy dissipation of the specimen retrofitted with both SMA and UHPC was 63% higher than the control specimen and 36% higher than the specimen retrofitted with only SMA, emphasizing the enhanced seismic resilience achieved through this hybrid retrofitting approach.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Civil Engineering > Structural Engineering
Department:	College of Design and Built Environment > Civil and Environmental Engineering
Committee Advisor:	Mukhtar, Faisal Muhammad
Committee Members:	Bhat, Asad Hanif and Joseph, Jobin Jose
Depositing User:	AZEEZ MAHAMOOD MOHAMMED ABDUL
Date Deposited:	12 Jan 2025 12:07
Last Modified:	12 Jan 2025 12:07
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143246