To investigate the nonlinear aerostatic stability of the Hutong cable-stayed rail-cum-road bridge with ultra-kilometer main span, a FEM bridge model is established. The tri-component wind loads and geometric nonlinearity are taken into consideration and discussed for the influence of nonlinear parameters and factors on bridge resistant capacity of aerostatic instability. The results show that the effect of initial wind attack-angle is significant for the aerostatic stability analysis of the bridge. The geometric nonlinearities of the bridge are of considerable importance in the analysis, especially the effect of cable sag. The instable mechanism of the Hutong Bridge with a steel truss girder is the spatial combination of vertical bending and torsion with large lateral bending displacement. The design wind velocity is much lower than the static instability wind velocity, and the structural aerostatic resistance capacity can meet the requirement.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2002.05a
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pp.121-126
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2002
In a recent construction industry, cable supported structures such as a cable-stayed bridge or space stadium have been increasingly constructed. Generally the stay cables as a critical member should be adjusted to be satisfied with the design tension forces. In this purpose, a vibration method has been applied to estimate the tension forces exerted to the existing stay cables. In this study, cable vibration tests were carried out to estimate the cable tension forces comparing with theoretical and practical formulas. From the measured frequencies obtained from free vibration and impulsive tests, the accuracy of 1he estimated tension forces is confirmed according to use only the first single mode or higher multiple modes.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2000.10a
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pp.490-495
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2000
This paper presents the dynamic behavior of stay cable with Lead-Shear damper( LSD) near the support. This kind of research about the dynamic behavior of LSD is essential to design LSD in order to mitigate the ambient vibration of stay cable. The hysteresis curve of LSD was assumed to be perfect elasto-plastic behavior based on the real hysteretic behavior of such lead-based dampers. Mechanical model of LSD was equivalent Kelvin model and sag effect of stay cable was considered. Yielding force (also referred as size) of LSD was selected as a design parameter. Effects of tension of stay cable and installation point of LSD were studied. It was found that optimal size of LSD exists for each case of stay cable.
Recently, a cable disconnection accident occurred due to a lightning strike at the Seohae Bridge located in Dangjin-Pyeongtaek City. This is a natural occurrence, but it is a recall that it is very important to review the safety issues due to the disconnection of cable bridges. In other words, the role of cables in cable bridges has a profound effect on the safety of the structure, and it has become necessary to grasp the effect on the entire structural system. The cable bridge is an economic bridge that builds the main tower and supports the bottom plate by cable. The influence of the cable is the main member, which is a big influence on the safety of the whole bridge system. In the cable-stayed bridge, the cables exhibit nonlinear behavior because of the change in sag, due to the dead weight of the cable, which occurs with changing tension in the cable resulting from the movement of the end points of the cable as the bridge is loaded. Modal analysis is conducted using the deformed dead-load tangent stiffness matrix. A new concept was presented by using divided a cable into several elements in order to study the effect of the cable vibration (both in-plane and swinging) on the overall bridge dynamics. The result of this study demonstrates the importance of cable vibration on the overall bridge dynamics.
Kim, Seung-Jun;Han, Seung-Ryong;Kim, Jong-Min;Cho, Sun-Kyu;Kang, Young-Jong
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.23
no.1
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pp.13-27
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2011
This paper presents an investigation of the structural stability of cable-stayed bridges, using geometric nonlinear finite-element analysis and considering various geometric nonlinearities, such as the sag effect of the cables, the beam-column effect of the girder and mast, and the large displacement effect. In this analytic research, a nonlinear frame element and a nonlinear equivalent truss element were used to model the girder, mast, and cable member. The live-load cases that were considered in this research were assumed based on the traffic loads. To perform reasonable analytic research, initial shape analyses in the dead-load case were performed before live-load analysis. In this study, the geometric nonlinear responses of the cable-stayed bridges with different cable arrangement types were compared. After that, parametric studies on the characteristics of the structural stability in critical live-load cases were performed considering various geometric parameters, such as the cable arrangement type, the stiffness ratios of the girder and mast, the area of the cables, and the number of cables. Through this parametric study, the effect of geometric shapes on the structural stability of cable-stayed bridges was investigated.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.10
no.5
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pp.115-121
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2006
This paper deals with the influence of behavior of a variety of cable elements on the limit strength of steel cable-stayed bridges. The softening plastic-hinge model, which is represented in this study for the limit strength evaluation of the example bridge, considers both geometric and material nonlinearites. Geometric nonlinearity of beam-column members are accounted by using stability function, and material nonlinearity - by using CRC tangent modulus and parabolic function. Cable sag effect is considered for cable members. The result of this study shows that the limit strength of the example bridge using the equivalent of elasticity for truss straight elements is smaller than those using the cable or the catenary elements.
Kim, Seungjun;Lee, Kee Sei;Kim, Kyung Sik;Kang, Young Jong
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.30
no.1A
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pp.1-13
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2010
This paper presents an investigation on the geometric nonlinear behavior of cable-stayed bridges using geometric nonlinear finite element analysis method. The girder and mast in cable-stayed bridges show the combined axial load and bending moment interaction due to horizontal and vertical forces of inclined cable. So these members are considered as beam-column member. In this study, the nonlinear finite element analysis method is used to resolve the geometric nonlinear behavior of cable-stayed bridges in consideration of beam-column effect, large displacement effect (known as P-${\delta}$ effect) and cable sag effect. To analyze a cable-stayed bridge model, nonlinear 6-degree of freedom frame element and nonlinear 3-degree of freedom equivalent truss element is used. To resolve the geometric nonlinear behavior for various live load cases, the initial shape analysis is performed for considering dead load before live load analysis. Then the geometric nonlinear analysis for each live load case is performed. The deformed shapes of each model, load-displacement curves of each point and load-tensile force curves for each cable are presented for quantitative study of geometric nonlinear behavior of cable-stayed bridges.
Kim, Seung-Jun;Shim, Kyung-Suk;Won, Deok-Hee;Cho, Sun-Kyu;Kang, Young-Jong
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.23
no.1
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pp.99-111
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2011
This paper presents an investigation of the structural stability of cable-stayed bridges in the construction stage, using geometric nonlinear finite-element analysis and considering various geometric nonlinearities, such as the sag effect of the cables, the P-${\Delta}$ effects of the girder and mast, and the large displacement effect. Initial shape analysis and construction-stage analysis were performed to determine the equilibrium of the structure in the construction stage. After that, geometric nonlinear analysis was performed to study structural stability. In this study, the weight of the derrick crane and the key segment were considered the main external loads, which were applied to the tip of the center span. The cable arrangement type and the stiffness ratios of the girder and mast were considered the main parameters of the analytic research. Based on the results of the analysis, the change in the buckling mode and critical load factors with respect to the cable arrangement type and the stiffness ratios of the girder and mast was investigated. The buckling modes of the steel cable-stayed bridges in the construction stage were classified, and the ranges of the stiffness ratios of the girder and mast, which show these classified buckling modes, were suggested.
The double-lane arrangement model is frequently used in underground coal mines because it is beneficial to improve the mining efficiency of the working face. When the double-lane arrangement is used, the service time of the reserved roadway increases by twice, which causes several difficulties for the maintenance of the roadway. Given the severe non-uniform deformation of the reserved roadway in the Buertai Coal Mine, the stress distribution law in the mining area, the failure characteristics of roadway and the control effect of support resistance (SR) were systematically studied through on-site monitoring, FLAC 3D numerical simulation, mechanical model analysis. The research shows that the deformation and failure of the reserved roadway mainly manifested as asymmetrical roof sag and floor heave in the region behind the working face, and the roof dripping phenomenon occurred in the severe roof sag area. After the coal is mined out, the stress adjustment around goaf will happen to some extent. For example, the magnitude, direction, and confining pressure ratio of the principal stress at different positions will change. Under the influence of high-stress rotation, the plastic zone of the weak surrounding rock is expanded asymmetrically, which finally leads to the asymmetric failure of roadway. The existing roadway support has a limited effect on the control of the stress field and plastic zone, i.e., the anchor cable reinforcement cannot fully control the roadway deformation under given conditions. Based on obtained results, using roadway grouting and advanced hydraulic support during the secondary mining of the panel 22205 is proposed to ensure roadway safety. This study provides a reference for the stability control of roadway with similar geological conditions.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.18
no.6
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pp.147-154
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2014
The cable damages of the bridge structures induce very important impact on the structural safety, which implies the close monitoring of the cable damage is required to secure sustained safety of the bridges. Most usual available maintenance techniques are based on the monitoring the change of the natural frequency of the structures by damages. However, existing method are based on vibration method to calculate lateral vibration and system identification can calculate the axial stiffness using sensitivity equation by trial error method. But the frequency study by the longitudinal movement need because of the sag effect in system identification. This study proposes a new method to investigate the damage magnitudes and status. The method improves the accuracies in the magnitudes and status of damages by adopting the natural frequency of longitudinal movement. The study results have been validated by comparing them with the approximate solution of FEM. Thus, the relationship of cable damage and frequency appear with relation that the severe damage has the little frequency. If we know the real frequency we can estimate the cable damage severity using this relationship. This method can be possible the efficient management of the cable damage.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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