Kim Seung Jun;Han Keum Ho;Park Nam hoi;Kang Young Jong
Proceedings of the KSR Conference
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2005.11a
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pp.229-234
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2005
Thin-walled multicell box girders subjected to an eccentric load can he produced the three global behaviors of flexure, torsion, and distortion. Specially in railway bridges subjected to much eccentric load, it is quite important to evaluate influences of torsion and distortion. But it is very difficult to evaluate each influences of major behaviors numerically. If we can decompose an eccentric load P into flexural, torsional, and distortional forces. we can execute quantitative analysis each influences of major behaviors. Decomposition of Applied Load for Thin-walled Rectangular multi-cell box girders is reserched by Park, Nam- Hoi(Development of a multicell Box Beam Element Including Distortional Degrees of Freedom, 2003). But researches about trapezoidal multi-cell section is insufficient. So, this paper deals with multi-cell trapezoidal box girders. An expanded method, which is based on the force decomposition method for a single cell box girder given by Nakai and Yoo, is developed herein to decompose eccentric load Pinto flexural, torsional, and distortional forces. Derive formulas by decomposition of eccentric load is verified by 3D shell-modelling numerical analysis.
The streamlined box is a common type of girders for long-span suspension bridges. Spanning deep canyons, long-span bridges are frequently attacked by strong winds with large angles of attack. In this situation, the flow field around the streamlined box changes significantly, leading to reduction of the flutter performance. The wind fairings have different effects on the flutter performance. Therefore, this study examines the flutter performance of box girders with different wind fairings at large angles of attack. Computational fluid dynamics (CFD) simulations were carried out to extract the flutter derivatives, and the critical flutter state of a long-span bridge was determined. Further comparisons of the wind fairings were investigated by a rapid method which is related to the input energy by the aerodynamic force. The results show that a reasonable type of wind fairings could improve the flutter performance of long-span bridges at large angles of attack. For the torsional flutter instability, the wind fairings weaken the adverse effect of the vortex attaching to the girder, and a sharper one could achieve a better result. According to the input energies on the girder with different wind fairings, the symmetrical wind fairings are more beneficial to the flutter performance
This paper proposes a one-dimensional fiber beam element model taking account of materially non-linear behavior, benefiting the highly efficient elastic-plastic analysis of girders with shear-lag effects. Based on the displacement-based fiber beam-column element, two additional degrees of freedom (DOFs) are added into the proposed model to consider the shear-lag warping deformations of the slabs. The new finite element (FE) formulations of the tangent stiffness matrix and resisting force vector are deduced with the variational principle of the minimum potential energy. Then the proposed element is implemented in the OpenSees computational framework as a newly developed element, and the full Newton iteration method is adopted for an iterative solution. The typical materially non-linear behaviors, including the cracking and crushing of concrete, as well as the plasticity of the reinforcement and steel girder, are all considered in the model. The proposed model is applied to several test cases under elastic or plastic loading states and compared with the solutions of theoretical models, tests, and shell/solid refined FE models. The results of these comparisons indicate the accuracy and applicability of the proposed model for the analysis of both concrete box girders and steel-concrete composite girders, under either elastic or plastic states.
This paper aims to study the mechanical performance of three-tower four-span suspension bridges with steel truss girders, including the static and dynamic characteristics of the bridge system, and more importantly, the influence of structural parameters including the side-main span ratio, sag-to-span ratio and the girder stiffness on key mechanical indices. For this purpose, the Oujiang River North Estuary Bridge which is a three-tower four-span suspension bridge with two main spans of 800m under construction in China is taken as an example in this study. This will be the first three-tower suspension bridge with steel truss girders in the world. The mechanical performance study and parametric analysis are conducted based on a validated three-dimensional spatial truss finite element model established for the Oujiang River North Estuary Bridge using MIDAS Civil. It is found that a relatively small side-main span ratio seems to be quite appropriate from the perspective of mechanical performance. And decreasing the sag-to-span ratio is an effective way to reduce the horizontal force subjected to the midtower and improve the antiskid safety of the main cable, while the vertical stiffness of the bridge will be reduced. However, the girder stiffness is shown to be of minimal significance on the mechanical performance. The findings from this paper can be used for design of three-tower suspension bridges with steel truss girders.
In the current study, ordinary design of Represstessed Pre-Flex (RPF) girder by classical beam theory and numerical model taking buckled shape into consideration were compared with field-survey data to find imperfections on the RPF girder before prestressing and after preflexion. It should be noted that the ordinary design do not consider deformed shape of steel girder in RPF beam. The deformed shapes of steel girder due to the incomplete fabrication that could be caused by self-weight, preflexion misalignment, existence of lateral bracing at mid-span and stiffness of reaction frame were found using a newly developed model which was verified against a deformation survey conducted on actual RPF girder in the field. The final observed deformed shapes of RPF after concrete shrinkage and before prestressing were classified into W, C and Unsymmetric shapes in regard to both survey and analytical results. The deformation survey showed negligible amount of unwanted deformation compared to the large size of the RPF girders. The shallower width of the bottom flange of steel girder caused amount of lateral torsional buckling under self-weight and preflexion thereby affecting the unwanted final overall shape of the RPF girders. However, it was found that the unwanted deformation of RPF girders by fabrication errors even though it is negligible compared to the size of the girder, caused unsymmetrical stress contours in concrete and additional tensile stress and raise some safety issues.
Kyung, Yong Soo;Ahn, Byung Kuk;Bang, Jin Hwan;Kim, Moon Young
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.17
no.5
s.78
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pp.637-648
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2005
Innovative prestressed steel plate girders were presented in this study. Hot-rolled H beams were loaded first, then relatively high-strengthsteel plates were welded on the top and bottom flanges of preloaded H beams. Finally, high prestressed plate (HiPP) girder was manufactured by simply releasing prestresses of rolled beams. To verify prestress distributions induced in this girder, the experimental study was conducted and some guidelines to manufacture these girders effectively were addressed. In addition, methods to determine the allowable bending stress of HiPP girders and to check welding stresses were addressed for design of temporary bridges. The efficiency and effectiveness of the present girder were demonstrated through design examples of temporary bridges adapting the prestress-induced girder or the plate girder of the same section without prestresses. As a result, it has been found to be possible that the span length of HiPP girders for temporary bridges is longer than that of girders without prestresses.
In the horizontally curved bridges, girders are subjected to the combined action of vertical bending and torsion due to their curvatures without any eccentric loads. As subjected to bending and torsion, the ultimate strength of steel/concrete composite box girders are limited by the diagonal tensile stress in the deck concrete induced by the St. Venant torsion. To determine the ultimate strength of composite box girders in bending and torsion and their interactions, this study conducted a 3-dimensional FEA and classical strength of materials investigation. Using ABAQUS, the FEA fully utilized advanced nonlinear analysis techniques simulating material/geometrical nonlinearity and post-cracking behaviors. The ultimate strength from numerical data were compared with theoretically derived values. Concurrent compressive stresses in the concrete deck improve the shear-resisting capacity of concrete, thereby resulting in an increased torsional resistance of the composite box girder in positive bending. The proposed interaction equation is very simple yet it provides a rational lower bound in determining the ultimate strength of concrete/steel composite box girders.
Choi, Dong Ho;Yoo, Hoon;Lee, Beom Soo;Cho, Sun Kyu
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.19
no.1
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pp.1-13
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2007
As girders and towers in cable-stayed bridges are subject to bending moments as well as axial forces, the conventional load rating equation, which considers only the single force effect, cannot be used to evaluate the rating factors of cable-stayed bridges. The load rating equation for components in cable-stayed bridges is not currently established yet. In this paper, we propose load rating equations for girders and towers in cable-stayed bridges using the interaction equations for beam-column members. Moving load analyses were performed for the cases of a maximum axial compressive force, maximum positive moment and maximum negative moment for each component in cable-stayed bridges and detailed procedures to apply proposed equations were presented. The Dolsan Grand Bridge was used to verify the validity of proposed equations. The conventional load rating equation overestimates rating factors of girders and towers in the Dolsan Grand Bridge, whereas proposed equations properly reflect the axial-flexural interaction behaviour of girders and towers in cable-stayed bridges.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.04a
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pp.245-248
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2008
Recently, much research has been conducted on FRP composite to replace steel. However, the concept of FRP girder filled with concrete has not been fully attempted. This study focuses on the analytical behavior of FRP girders filled with concrete. FRP girders usually have large deflection due to relatively low elastic modulus compared to steel members. However, in the previous experimental investigation on small sized modular beams, it has been verified that the displacement of FRP-girder filled with concrete is reduced and the strength is increased considerably. In this research, analytical investigations have conducted to verify the analytical method by comparing the results with tests. In addition, analyses on large girders assembled with small modules have been carried out to predict the feasibility before tests. The analytical results showed that the assembled FRP girders can be used as substitutes for steel girders.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.29
no.1A
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pp.19-30
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2009
The primary objective of the present study was to attempt to quantify the effect of the existing codes for CFT composite section on initial section flexural stiffness, based on the measured vibration frequency of CFT truss girders. The formulae for the initial flexural stiffness of the composite sections in the different codes are compared with the free vibration test results. The results of the free vibration test on the CFT truss girders are in good agreement with the analysis results when used in ACI formulae. The free vibration analysis of CFT truss girders for different f/L ratios was conducted to determine how the natural frequency of the CFT truss girder is affected by different f/L ratios. The presence of the f/L ratios in CFT truss girders alters its frequencies of vibration because of the global stiffness of the CFT girders. The frequency in horizontal modes decreases as the f/L ratio increases. However, the frequency in vertical modes increases as the f/L ratio increases.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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