Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.23
no.3
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pp.247-254
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2010
Due to lightweight and high durability of glass-fiber reinforced polyester (GFRP) materials, they are promising alternatives to conventional construction materials such as steel, concrete and wood. As good application examples of GFRP materials, several types of temporary arch bridges were suggested and verified by finite element analyses in our previous study where snap-fit GFRP decks were applied. In this paper, we conduct a structural performance test to verify safety and serviceability of the temporary arch bridge, where snap-fit GFRP decks are assembled by bolts. The structural problems occurred in this test are also discussed and improvement of temporary arch bridges is suggested to resolve the occurred structural problems.
With the advent of computer, the finite element method has become a most powerful numerical method for structural analysis. However, bridge designers are reluctant to use it in their designs because of its complex nature and its being time consuming in the preparation of the input data and analyzing the results. This paper describes the development of a computer based finite element model using the idea of eccentric beam elements for the analysis of slab-on-girder bridges. The proposed method is supported by a laboratory test using a reinforced concrete bridge model. Other bridge analytical schemes are also introduced and compared with the proposed method. The main aim of the comparison is to prove the effectiveness of the shell and eccentric beam modelling in the studies of lateral load distribution of slab-on-girder bridges. It is concluded that the proposed finite element method gives a closer to real idealization and its developed computer program, SHECAN, is also very simple to use. It is highly recommended to use it as an analytical tool for the design of slab-on-girder bridges.
Recently, an indirect displacement estimation method using data fusion of acceleration and strain (i.e., acceleration-strain-based method) has been developed. Though the method showed good performance on beam-like structures, it has inherent limitation in applying to more general types of bridges that may have complex shapes, because it uses assumed analytical (sinusoidal) mode shapes to map the measured strain into displacement. This paper proposes an improved displacement estimation method that can be applied to more general types of bridges by building the mapping using the finite element model of the structure rather than using the assumed sinusoidal mode shapes. The performance of the proposed method is evaluated by numerical simulations on a deck arch bridge model and a three-span truss bridge model whose mode shapes are difficult to express as analytical functions. The displacements are estimated by acceleration-based method, strain-based method, acceleration-strain-based method, and the improved method. Then the results are compared with the exact displacement. An experimental validation is also carried out on a prestressed concrete girder bridge. The proposed method is found to provide the best estimate for dynamic displacements in the comparison, showing good agreement with the measurements as well.
The objective of this paper is to address to the providing an adequate noise and vibration solution, required for High Speed Rail while maintaining the stability criteria of the ChonAn station structure, the first constructed in Korean High Speed Railway. The significant acoustic pressure level will be induced by the high speed trains passing-by. Therefore, the high level study of this case is necessary. The acoustic pressure level of 85 dB(A) inside the ChonAn station is expected, and the spaces below concrete slab are not suitable for commercial purpose, thus installation of filtering systems (spring boxes containing viscous dampers, ballast mats and acoustic shield) are provided to reduce the effect of the noise and vibration to acceptable level of 55 dB(A). But, a major drawback of application of the previously conducted experimental results was that the actual effect of installation of filtering system was never been validated. Therefore, the acquisition of noise and vibration on the present structure were obtained and compared to the computer simulations. These predicted the behavior of the station reasonably well. Also, the installation of filtering systems gave the superior reduction on noise and vibration. This application is successfully adapted without scarifying stability criteria related to the structural stability including excessive deformations or displacements. Three traffic operation safety limits: deck vertical acceleration, deflection of the structure, and longitudinal displacement of the slab were satisfactory.
This paper is concerned with free vibration characteristics and natural frequency of horizontally curved composite plate girder bridges. Three-dimensional finite element models are developed for the girders using the software package LUSAS and analyses carried out on the models. The validity of the finite element models is first established through comparison with the corresponding results published by other researchers. Studies are then carried out to investigate the effects of total number of girders, number of cross-frames and curvature on the free vibration response of horizontally curved composite plate girder bridges. The results confirm the fact that bending modes are always coupled with torsional modes for horizontally curved bridge girder systems. The results show that the first bending mode is influenced by composite action between the concrete deck and steel beam at low subtended angle but, on the girders with larger subtended angle at the centre of curvature such influence is non-existence. The increase in the number of girders results in higher natural frequency but at a decreasing rate. The in-plane modes viz. longitudinal and arching modes are significantly influenced by composite action and number of girders. If no composite action is taken into account the number of girders has no significant effect for the in-plane modes.
The vertical forces in rail fasteners at areas of bridge transitions near the embankment and on the pier will occur due to different deformations of adjoining bridges caused by the trainloads. The up-lifting forces is not large problem in the blast track because the elasticity of blast and rail pad buffs up-lifting effect. But, it is likely to be difficult to ensure the serviceability of the railway and the safety of the fastener in the end in that concrete slab track consist of rail, fastener, and track in a single body, delivering directly the up-lifting force to the fastener if the deck is bended because of the end rotation of the overhang due to the vertical load. When the up-lifting force exceeds the clamp force of the fastener clip, the rail pad is out of fastener, which makes decrease the serviceability of the railway, such as noise and vibration. Furthermore, it is possible to reduce the safety of the track as the longitudinal resistance. This study is focused on guideline suggestion to decrease up-lifting force in the fastener adjacent to the civil joint of slab track of bridge throughout the parametric analysis between the vertical spring stiffness of the fastener as the material approach, the space of fastener adjacent to bridge transition, the rigidity of the girder as the geometrical approach and up-lifting force under the train load.
In this study a direct displacement-based design (DDBD) procedure for a continuous deck bridge isolated with triple friction pendulum bearings (TFPB) has been proposed and the seismic demands of the bridge such as isolator's displacement and drift of piers obtained from this procedure evaluated under two-directional near-field ground motions. The structural model used here are continuous, three-span, castin-place concrete box girder bridge with a 30-degree skew which are isolated with 9 different TFPBs. By comparing the results of DDBD method with those of nonlinear time history analysis (NTHA), it can be concluded that the proposed procedure is able to predict seismic demands of similar isolated bridges with acceptable accuracy. Results of NTHA shows that dispersion of peak resultant responses for a group of ground motions increases by increasing their average value of responses. It needs to be noted that the demands parameters calculated by the DDBD procedure are almost overestimated for stiffer soil condition, but there is some underestimation in results of this method for softer soil condition.
Soon T. Oh;Dong J. Lee;Seong T. Yi;Byeong J. Jeong
Advances in Computational Design
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v.8
no.1
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pp.1-12
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2023
To consider the effects of the increasing speed of next-generation high-speed trains, the existing traffic safety code for railway bridges needs to be improved. This study suggests a numerical method of evaluating the new effects of this increasing speed on railway bridges. A prestressed concrete (PSC) box bridge with a 40 m span length on the Gyeongbu track sector is selected as a representative example of high-speed railway bridges in Korea. Numerical models considering the inertial mass forces of a 38-degree-of-freedom train and the interaction forces with the bridge as well as track irregularities are presented in detail. The vertical deflections and accelerations of the deck are calculated and compared to find the new effects on the bridge arising with increasing speed under simply and continuously supported boundary conditions. The ratios between the static and dynamic responses are calculated as the dynamic amplification factors (DAFs) under different running speeds to evaluate the traffic safety. The maximum deflection and acceleration caused by the running speed are indicated, and regression equations for predicting these quantities based on the speed are also proposed.
Sangwook Park;Patricia Clayton;Todd A. Helwig;Michael D. Engelhardt;Eric B. Williamson
Steel and Composite Structures
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v.51
no.5
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pp.563-573
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2024
This research experimentally evaluated the local stress distribution along the cross-section of composite beams under both positive and negative moments. The experiment utilized a large-scale, two-story, two-by-three bay steel gravity frame with a concrete on metal deck floor system. The composite shear connections, which are nominally assumed to be pinned under gravity loading, can develop non-negligible moment-resisting capacity when subjected to lateral loads. This paper discusses the local stress distribution, orshear lag effects, observed near the beam-to-column connections when subjected to combined gravity and lateral loading. Strain gauges were used for measurements along the beam depth at varying distances from the connection. The experimental data showed amplified shear lag effects near the unconnected region of the beam web and bottom flange under the applied loading conditions. These results indicate that strain does not vary linearly across the beam cross-section adjacent to the connection components. This insight has implications for the use of experimental strain gauge data in estimating beam demands near the connections. These findings can be beneficial in informing instrumentation plans for future experimental studies on composite beams.
The Ilsun Bridge is the world's longest box girder bridge(801m) with corrugated steel webs and has the widest width($21.2{\sim}30.9m$: tri-cellular cross section) among these kinds of composite girder bridges. It has fourteen spans(50m, 10 at 60m, 50m, 2 at 50.5m) where twelve spans are erected by the incremental launching method and two spans by full staging method. Special topics related to the structural safety of prestressed concrete box girder bridge with corrugated steel web in construction stage and service were reviewed. Investigations focus on the span-to-depth ratio, shear stress of corrugated steel webs and optimization of tile length of steel launching nose. The span-to-depth ratio of Ilsun bridge has been found to be well-planned while the corrugated steel web has been designed highly conservative and it has been observed that the conventional nose-deck interaction equation do not fit well with corrugated steel web bridges. As a result, detailed construction stage analysis was performed to check the stress levels and the safety of preceding design conditions. Finally, from the design review of Ilsun bridge, this study suggests optimal design issues which should be of interest in designing a prestressed concrete box girder bridge with corrugated steel webs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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