Kim, Jong Wook;Kim, Jang-Ho Jay;Kim, Tae-Kyun;Lee, Tae Hee;Yang, Dal Hun
International journal of steel structures
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v.18
no.4
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pp.1336-1349
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2018
Generally, a precast prestressed concrete (PSC) beam is used as girders for short-to-medium span (less than 30 m) bridges due to the advantages of simple design and construction, reduction of construction budget, maintenance convenience. In order to increase the span length beyond 50 m of precast PSC girder, PSC hollow box girder with unbonded prestressed H-type steel beam placed at the compressive region is proposed. The unbonded compressive prestressing in the H-type steel beams in the girder is made to recover plastic deflection of PSC girder when the pre-stressing is released. Also, the H-steel beams allow minimization of depth-to-length ratio of the girder by reducing the compressive region of the cross-section, thereby reducing the weight of the girder. A quasi-static 3-point bending test with 4 different loading steps is performed to verify safety and plastic deflection recovery of the girder. The experimental results showed that the maximum applied load exceeded the maximum design load and most of the plastic deflection was recovered when the compressive prestressing of H-type steel beams is released. Also using prestressed H-type steel as compression reinforcements in the upper part of cross section, repair and restoration difficulty and cost of PSC girders should be significantly reduced. The study result and analysis are discussed in detail in the paper.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.21
no.1
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pp.91-101
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2008
Structural analysis models to develop live load distribution factors of simply supported prestressed concrete I-girder bridge should have the precision of the analysis results as well as modeling simplicity. This is due to the numerous frequency of structural analysis needed while developing live load distribution factors. In this study, an appropriate structural analysis model is selected by comparing previous researchs studies and models used in practical design. Also, the influence by the flexural stiffness of barrier and diaphragm on the live load distribution had been analyzed through comparing the numerical analysis and experimental tests. As a result, the model that the eccentric girder and the barrier and diaphragm are connected to the deck plate was appropriate in satisfying both accuracy and simplicity for structural analysis of simply supported prestressed concrete I-girder bridge. However, the barrier was analyzed to have insignificant influence on the live load distribution in spite of its variation of stiffness. The eccentric diaphragm showed little influence at 25% or higher of flexural stiffness. From the results, a model that the girder is rigidly connected to the deck plate in consideration of the eccentricity, the barrier is ignored and the whole section of diaphragm is supposed to be valid without eccentricity is decided as the most appropriate structural model to develop the live load distribution factors of simply supported prestressed concrete I-girder bridge in this study.
This paper describes an in-depth analysis on flexural strength of a girder-deck system experiencing a strand debonding damage with various strengthening systems, based on finite element software ABAQUS. A detailed finite element analysis (FEA) model was developed and verified against the relevant experimental data performed by other researchers. The proposed analytical model showed a good agreement with experimental data. Based on the verified FE model, over a hundred girder-deck systems were investigated with the consideration of following variables: 1) debonding level, 2) span-to-depth ratio (L/d), 3) strengthening type, 4) strengthening material thickness. Based on the data above, a new detailed analytical model was developed and proposed for estimating residual flexural strength of the strand-debonding damaged girder-deck system with strengthening systems. It was demonstrated that both finite element model and analysis model could be used to predict flexural behaviors for debonding damaged prestressed girder-deck systems. Since the strands are debonding from surrounding concrete over a certain zone over the length of the beam, the increase of strain in strands can be linked with a ratio ψ, which is Lp/c. The analytical model was proposed and developed regarding the ratio ψ. By conducting procedure of calculating ψ, the ψ value varies from 9.3 to 70.1. Multiple nonlinear regression analysis was performed in Software IBM SPSS Statistics 27.0.1 to derive equation of ψ. ψ equation was curved to be an exponential function, and the independent variable (X) is a linear function in terms of three variables of debonding level (λ), span length (L), and amount of strengthening material (As). The coefficient of determinate (R2) for curve fitting in nonlinear regression analysis is 0.8768. The developed analytical model was compared to the ultimate capacities computed by FEA model.
Previous finite element studies have shown that AASHTO Standard load distribution factor (LDF) equations appear to be conservative for longer spans and larger girder spacing, but too permissible for short spans and girder spacing. AASHTO LRFD specification defines the distribution factor equation for girder spacing, span length, slab thickness, and longitudinal stiffness. However, this equation requires an iterative procedure to correctly determine the LDF value due to an initially unknown longitudinal stiffness parameter. This study presents a simplified LDF equation for interior and exterior girders of two-span continuous I-girder bridges that does not require an iterative design procedure. The finite element method was used to investigate the effect of girder spacing, span length, slab thickness, slab width, and spacing and size of bracing. The computer program, GTSTRUDL, was used to idealize the bridge superstructures as the eccentric beam model, the concrete slab by quadrilateral shell elements, steel girders by space frame members, and the composite action between these elements by rigid links. The distribution factors obtained from these analyses were compared with those from the AASHTO Standard and LRFD methods. It was observed through the parametric studies that girder spacing, span length, and slab thickness were the dominant parameters compared with others. The LRFD distribution factor for the interior girder was found to be conservative in most cases, whereas the factor for the exterior girder to be unconservative in longer spans. Furthermore, a regression analysis was performed to develop simplified LDF formulas. The formulas developed in this study produced LDF values that are always conservative to those from the finite element method and are generally smaller than the LDF values obtained from the AASHTO LRFD specification. The proposed simplified equation will assist bridge engineers in predicting the actual LDF in two-span continuous I-girder bridges.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2004.05a
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pp.40-43
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2004
A new design method for prestressed concrete girder is proposed in this study, which steps for manufacturing are; (1) the bottom part of concrete girder is placed and pretensioned by the first post-tensioning performed on the tendons located in the bottom part of concrete girder, and (2) the next step which consists of concrete placing and post-tensioning operation is followed by the previous step if required. This indicates that sufficient compressive stress can be effectively introduced at the bottom face in stepwise manner, when compared to conventional PSC girder. Two specimens are prepared and tested to investigate the short-term behavior of the PSC girders manufactured by the proposed method. Section Analysis results exhibit good agreements with the test results in terms of strain distribution across the girder section. In addition, flexural strength obtained from the tests is found to be similar to the expected based on Code(Korea). These demonstrate that the method proposed in this study is applicable to the design of PSC girders.
After the development of practical technology for tilting system, tilting trains are operated on conventional lines of KORAIL. As the running speed of trains is increased, it is very important to investigate the dynamic characteristics of plate girder bridges with direct track fixation. Therefore, this paper reviews the dynamic interactions between tilting train and welded plate girder bridges designed by L-22, a standard load type of KORAIL. The span lengths of plate girder analyzed here are 6.6m, 9.7m, 12.9m, 16.0m, 19.2m, 22.3m, 25.4m and 31.1m. Using 2-D dynamic analysis, the critical velocity of tilting train, vertical deflection ratios of plate girder and maximum accelerations of car body are calculated. And the analytical results are compared with those of design criteria.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1999.04a
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pp.313-321
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1999
To design steel box girder bridge, designers have taken the classical load distribution coefficient methods. Due to the rapidly developing computer technique, steel box girder bridge is simply modeled as grillage method for analyzing the girder, or as fully finite element method for more accurate and detailed analysis. Recently, cruciform space frame method is developed for modeling and analyzing it more simply and easily compared with finite element method. So, this study for the examination of upper methods' characteristics loaded unit moment load and analyzed the distortional deflection with shell element method and cruciform space frame method, and for three span three girder steel box bridge, loading DB-24 loads, analyzed it by upper methods and compared the results.
KTX is going to directly operate on the existing plate girder bridges before the complete construction of new high-speed line. Also the speed and traffic volume is increased after electrification of conventional line. Then, it is necessary to check the dynamic behaviors of these bridges. Therefore, this paper reviews the dynamic behaviors of welded plate girder bridges designed by L-22, a standard load type of KNR. The span lengths of plate girder analyzed here are 6.6m, 9.7m, 12.9m, 16.0m, 19.2m, 22.3m, 25.4m and 31.1m. Using 2-D dynamic analysis, vertical deflection ratios of plate girder and maximum accelerations of car body are calculated. And the analytical results are compared with those of design criteria.
In the replacement of bearing system of bridges, the jacking work to secure work spaces may cause damage of the superstructure, hence the behavior of superstructure by the jacking force must be considered. Especially, in prestressed concrete I-type girder bridges, considering the stress concentration at the girder and the load redistribution of superstructure, the allowable jacking force and jacking sequence have to be determined. In this study, an analytical method is proposed to calculate the jacking force and overall jacking sequence for the replacement of bearing system without any damage to the superstructure. The stress concentration at the girder and load redistribution of the deck due to jacking force are considered to compute the allowable jacking force for each girder and overall jacking sequence for girders in the deck. Using the solution algorithm developed in this study, the optimum jacking sequence and required jacking force for the prestressed concrete I-type gilder bridge having the standard sections are calculated.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.2
no.1
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pp.89-97
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1998
This paper presents the results of the load test performed on a steel plate girder bridge and suggests the procedure of bridge rating through the load test. In general the girder bridge resist the loads as a complex three-dimensional structural system. Therefore the test results are analyzed for the longitudinal and the transverse response characteristics. The bending moments based on the beam analysis are compared with the measured values for longitudinal response characteristics. The lateral load distribution characteristics are assessed based on the load test results for transverse response characteristics. Also the rating of the test bridge is performed by using the suggested rating procedure which considers the actual response characteristics of the bridge. The suggested procedure can be used for understanding of actual response characteristics and evaluating load carrying capacity of the steel plate girder bridge.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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