Cho, Sun Kyu;Lee, Jong Min;Youn, Seok Goo;Choi, Yun Wang
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.20
no.2
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pp.227-236
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2008
The kind of concrete generally used in steel concrete composite bridges is normal-weight concrete whose unit weight is ${2,300kg/m^{3}}$. However, using lightweight concrete in composite bridges diminishes the sectional forces due to the self-weight of concrete decks. As a result, this will make the bridge design more economical. The type of concrete deck that could be adopted in composite bridges using lightweight con crete may be classified into Cast-In-Place (C.I.P.) concrete deck and precast concrete deck. These two types of decks have some differences with respect to structural behavior and constructional method, and hence,structural behavior of stud shear connectors that connect a concrete deck to a steel girder is changed with the type of deck used. In this study, push-out tests were conducted to evaluate the characteristics of static behavior of the stud shear connectors with a precast deck using lightweight concrete. Also, additional precast deck specimens with bedding layer that had shear keys and devices for transverse confinement of the bedding layer for the prevention of cracks occurring in the bedding layer were tested. These cracks The efficiency of these devices was then evaluated.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.33
no.5
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pp.319-329
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2020
Among the bridges used in Korea, those that are more than 30 years old account for approximately 11% of the total bridges. Therefore, developing a seismic performance-evaluation method is necessary by considering the bridge age. Three composite steel-concrete box girder bridges with port, elastic-rubber, and lead-rubber bearings were selected, and a structural analysis model was developed using the OpenSEESs program. In this study, pier aging was reflected by the reduction in the area of the longitudinal and transverse rebars. Four conditions of 5%, 10%, 25%, and 50% in the degree of pier aging were used. As input earthquakes, 40 near-fault and far-field earthquakes were used, and the maximum displacement and maximum shear-force responses of the piers were obtained and compared. The result shows that as the aging degree increases, the pier strength decreases. Therefore, the pier displacement response increases. To analyze the effects of displacement response and shear resistance, displacement ratio Dratio and shear-force ratio Fratio were evaluated. The older the sample bridge is, the greater is the tendency of Dratio to increase and the smaller is the tendency of Fratio to decrease.
Jung, Dae Sung;Park, Se-Hyun;Kim, Tae Hyeong;Kim, Chul Young
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.42
no.6
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pp.751-762
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2022
Welded head studs are mainly used as shear connectors to bond steel girders and concrete slabs in steel-concrete composite bridges. For welded shear connectors, environmental problems include noise and scattering dust which are generated during the removal of damaged or aged slabs. Therefore, it is necessary to develop demountable shear connectors that can easily replace aged concrete slabs for efficient maintenance and thus for better management of environmental problems and life cycle costs. The buried nut method is commonly studied in relation to bolted shear connectors, but this method is not used in civil structures such as bridges due to low rigidity, low shear resistance, and increased initial slip. In this study, in order to mitigate these problems, a demountable bolted shear connector is proposed in which the buried nut is integrated into the stud column and has a tapered shape at the bottom of an enlarged column shank. To verify the performance of the proposed demountable stud bolts in terms of static shear strength and slip displacement, a horizontal shear test was conducted, with the performance outcomes compared to those of conventional welded studs. It was confirmed that the proposed demountable bolted shear connector is capable of excellent shear performance and that it satisfies the slip displacement and ductility design criteria, meaning that it is feasible as a replacement for existing welding studs.
Kim, Jung Ho;Lee, Sang Yoon;Park, Kyung Hoon;Hwang, Yoon Koog;Yoo, Gun Woo
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.18
no.1
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pp.101-111
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2006
The SCP girder, which compensates for the shortcomings of conventional girders through the effective composition of concrete, steel, and PS tendon, has recently been developed and applied on real bridges. Developed as a simple-support type, it may be applied on simple-support and continuous bridges by connecting the simple-support SCP girders to the interior supports. A continuous SCP girder, which has structural and cost advantages over the simple-support SCP girder, is proposed in this study. Likewise proposed herein is a new method of constructing a continuous SCP girder, using segments of the girder sequentially. A two-span, half-scale specimen was designed and constructed to verify the propriety of the continuous SCP girder bridge. A static load test was also carried out, using this specimen, to examine the behavior of the continuous SCP girder. Based on the results of the study, it is expected that the continuous bridge that uses the continuous SCP girder can guarantee the structural safety of the simple-support SCP girder.
This paper presents an investigation into the seismic response characteristics of a proposed ligh-weight pedestrian cable-stayed bridge made entirely from Glass Fiber Reinforced Plastics(GFRP). The study employs three dimensional finite element models to study and compare the dynamic characteristics and the seismic response of the GFRP bridge to a conventional Steel-Concrete (SC) cable-stayed bridge alternative. The two bridges were subjected to three synthetic earthquakes that differ in the frequency content characteristics. The performance of the GFRP bridge was compared to that of the SC bridge by normalizing the live load and the seismic internal forces with respect to the dead load internal forces. The normalized seismically induced internal forces were compared to the normalized live load internal forces for each design alternative. The study shows that the design alternatives have different dynamic characteristics. The light GFRP alternative has more flexible deck motion in the lateral direction than the heavier SC alternative. While the SC alternative has more vertical deck modes than the GFRP alternative, it has less lateral deck modes than the GFRP alternative in the studied frequency range. The GFRP towers are more flexible in the lateral direction than the SC towers. The GFRP bridge tower attracted less normalized base shear force than the SC bridge towers. However, earthquakes, with peak acceleration of only 0.1 g, and with a variety of frequency content could induce high enough seismic internal forces at the tower bases of the GFRP cable-stayed bridge to govern the structural design of such bridge. Careful seismic analysis, design, and detailing of the tower connections are required to achieve satisfactory seismic performance of GFRP long span bridges.
Kudu, Fatma Nur;Bayraktar, Alemdar;Bakir, Pelin Gundes;Turker, Temel;Altunisik, Ahmet Can
Steel and Composite Structures
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v.16
no.1
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pp.21-44
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2014
The aim of this study is to determine the dynamic characteristics of long reinforced concrete highway bridges with post-tension tendons using analytical and experimental methods. It is known that the deck length and height of bridges are affected the dynamic characteristics considerably. For this purpose, Berta Bridge constructed in deep valley, in Artvin, Turkey, is selected as an application. The Bridge has two piers with height of 109.245 m and 85.193 m, and the total length of deck is 340.0 m. Analytical and experimental studies are carried out on Berta Bridge which was built in accordance with the balanced cantilever method. Finite Element Method (FEM) and Operational Modal Analysis (OMA) which considers ambient vibration data were used in analytical and experimental studies, respectively. Finite element model of the bridge is created by using SAP2000 program to obtain analytical dynamic characteristics such as the natural frequencies and mode shapes. The ambient vibration tests are performed using Operational Modal Analysis under wind and human loads. Enhanced Frequency Domain Decomposition (EFDD) and Stochastic Subspace Identification (SSI) methods are used to obtain experimental dynamic characteristics like natural frequencies, mode shapes and damping ratios. At the end of the study, analytical and experimental dynamic characteristic are compared with each other and the finite element model of the bridge was updated considering the material properties and boundary conditions. It is emphasized that Operational Modal Analysis method based on the ambient vibrations can be used safely to determine the dynamic characteristics, to update the finite element models, and to monitor the structural health of long reinforced concrete highway bridges constructed with the balanced cantilever method.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.10
no.6
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pp.1275-1280
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2009
In recent bridge design, studies on application of external prestress have actively been conducted. When prestress is applied to steel structures, the limit value of elastic strain with large load increases with reduction of steels, this method is economic in cost. According to study by Brodka (1969), steel plate bridges with prestress has an effect on cost saving of about 15% compared with structures without prestress. For that reason, our country recently adopted this method in construction of temporary bridges and various engineering technologies have been developed which made stress correction, droop correction and long-span construction possible with relatively small cross sections. This study verifies the method of application of prestress in temporary steel structures, the influence of high-strength tendon arrangement and the effects of composite structures of steel plates and high-strength tendons based on existing method.
Most transportation departments have recognized and developed procedures to address the ever-increasing weights of trucks traveling on bridges in a service today. Transportation agencies also recognize the issues with overheight vehicles' collisions with bridges, but few stakeholders have definitive countermeasures. Bridges are becoming more vulnerable to collisions from overheight vehicles. The exact response under lateral impact force is difficult to predict. In this paper, nonlinear impact analysis shows that the degree of deformation recorded through the modeling of the unprotected vehicle-girder model provides realistic results compared to the observation from the US-61 bridge overheight vehicle impact. The predicted displacements are 0.229 m, 0.161 m, and 0.271 m in the girder bottom flange (lateral), bottom flange (vertical), and web (lateral) deformations, respectively, due to a truck traveling at 112.65 km/h. With such large deformations, the integrity of an impacted bridge becomes jeopardized, which in most cases requires closing the bridge for safety reasons and a need for rehabilitation. We proposed different sacrificial cushion systems to dissipate the energy of an overheight vehicle impact. The goal was to design and tune a suitable energy absorbing system that can protect the bridge and possibly reduce stresses in the overheight vehicle, minimizing the consequences of an impact. A material representing a Sorbothane high impact rubber was chosen and modeled in ANSYS. Out of three sacrificial schemes, a sandwich system is the best in protecting both the bridge and the overheight vehicle. The mitigation system reduced the lateral deflection in the bottom flange by 89%. The system decreased the stresses in the bridge girder and the top portion of the vehicle by 82% and 25%, respectively. The results reveal the capability of the proposed sacrificial system as an effective mitigation system.
Most of current bridge decks are made of reinforced concrete and often deteriorate at a relatively rapid rate in operational environments. The quick deterioration of the deck often impacts other critical components of the bridge. Another disadvantage of the concrete deck is its high weight in long-span bridges. Therefore, it is essential to examine new materials and innovative designs using hybrid system consisting conventional materials such as concrete and steel with FRP plates which is also known as composite deck. Since these decks are relatively new, so it would be useful to evaluate their performances in more details. The present study is dedicated to Hat-Shape composite girder with concrete slab. The structural performance of girder was evaluated with nonlinear finite element method by using ABAQUS and numerical results have been compared with experimental results of other researches. After ensuring the validity of numerical modeling of composite deck, parametric studies have been conducted; such as investigating the effects of constituent properties by changing the compressive strength of concrete slab and Elasticity modulus of GFRP materials. The efficacy of the GFRP box girders has been studied by changing GFRP material to steel and aluminum. In addition, the effect of Cross-Sectional Configuration has been evaluated. It was found that the behavior of this type of composite girders can be studied with numerical methods without carrying out costly experiments. The material properties can be modified to improve ultimate load capacity of the composite girder. strength-to-weight ratio of the girder increased by changing the GFRP material to aluminum and ultimate load capacity enhanced by deformation of composite girder cross-section.
Kim, Sung Hoon;Park, Young Hoon;Lee, Seung Yong;Choi, Jun Hyeok
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.3A
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pp.331-340
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2008
This study is to suggest the details of new concept of bridge deck. Experimental studies on the behavior of a inverted T-shaped steelconcrete composite deck were carried out. The part of inverted T-shaped steel is embedded in concrete. Reinforced concrete deck specimen and composite deck specimens were fabricated and static bending fracture tests were conducted. The ultimate strength and fracture strength of specimens were evaluated. The effects of shear hole crossing bars of composite deck were also analyzed. From the results of experiments, composite deck with shear hole crossing bar increased shear strength, and showed typical tensile failure. Ultimate strength and fracture strength of composite deck with shear hole crossing bar are higher than those of reinforced concrete deck. The displacement of composite deck is higher than that of reinforced concrete deck.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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