Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2002.04a
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pp.99-106
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2002
This paper presents an analytical investigation on the behavior of simple span integral abutment bridge. An integral abutment bridge is a simple span or multiple span continuous deck type bridge having the deck integral with the abutment wall. Although the temperature variation and earth pressure are the major attributor to the total stress in integral abutment bridge, the superstructure has been designed by modeling it as a simple or continuous beam In order to investigate the effect of temperature change and earth pressure on the superstructure of integral bridge, the simple span integral bridge is modeled as a plane frame element. Performing frame analysis, the variations of bending moment and axial force of superstructure due to the various loading combination are investigated with respect to the flexural rigidity of piles, and the bending moment and axial force obtained by frame analysis are compared with the maximum bending moment obtained by conventional design method and initial prestressing force respectively.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1997.10a
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pp.769-776
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1997
An integral abutment bridge refers to a jointless bridge with capped-pile stub type abutment. It has been used for more than 50 years in the United States and Canada. This paper briefly describes design and utilization of the PC beam integral abutment bridge which is adapted for Korea and shows its excellent performance compared with that of a jointed bridge. This study introduces the characteristics of structural behaviors of the integral bridge and also mentions about its attributes and limitations.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1998.10a
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pp.389-396
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1998
One solution to prevent deterioration due to expansion joint and to extend lifetime of short span bridges, is jointless integral abutment bridge. To understand behavior of pile foundation of skewed plate girder bridge with integral abutment, finite element analysis was performed for the model of different skew angle from 90。 to 50。. Comparison of stresses at pile and abutment was made for each case. It is found that effect of temperature change is major factor to influence the behavior of skewed integral abutment bridge.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2002.10a
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pp.420-427
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2002
In this paper, a simplified structural spring model of integral abutment bridge is proposed to account for the passive earth pressure due to the change of temperature. The magnitude of earth pressure acting on integral bridge abutment mainly depends on the amount and shape of displacement of abutment according to the thermal expansion of superstructure. The proposed simplified model is developed based on the possible displacement shape of integral abutment bridge. Performing the direct stiffness method, the analysis is done by using the proposed method and the results of new model is compared with those of conventional design approach. The study show that it may be possible to obtain more rational and economical design values for integral abutment bridge by applying the proposed design method.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2002.10a
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pp.412-419
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2002
This paper presents a parametric study on the behavior of integral abutment PSC beam bridge. An integral abutment bridge is a simple span or multiple span continuous deck type bridge having the deck integral with the abutment wall. The rational structural model and design load combinations accounting for each construction stage are proposed. It can be used for defining the effect of earth pressure and temperature change in the design process including for determining maximum flexural responses. The bending moment at each response location due to the design load combination is investigated according to the change of flexural rigidity of piles and abutment height. The flexural responses of proposed model are computed for the cases of applying the Rankine passive earth pressure and the earth pressure based on the soil-structure interaction respectively, and the results are discussed.
Contrast to the conventional jointed bridge design, integral abutment bridges (IABs) offer some marked advantages like reduced maintenance and enhanced service life of the structure due to elimination of joints in the deck and monolithic construction practices. However, the force transfer mechanism during seismic and thermal movements is a topic of interest owing to rigid connection between superstructure and substructure (piers and abutments). This study attempts to model an existing IAB by including the abutment backfill interaction and soil-foundation interaction effects using Winkler foundation assumption to determine its seismic response. Keeping in view the significance of abutment behavior in an IAB, the probability of damage to the abutment is evaluated using fragility function. Incremental Dynamic Analysis (IDA) approach is used in this regard, wherein, nonlinear time history analyses are conducted on the numerical model using a selected suite of ground motions with increasing intensities until damage to abutment. It is concluded from the fragility analysis results that for a MCE level earthquake in the location of integral bridge, the probability of complete damage to the abutment is minimal.
This paper discusses the analysis method of prestressed concrete girder integral abutment bridges for a 75-year bridge life and the development of prediction models for abutment displacements under thermal loading due to annual temperature fluctuation and time-dependent loading. The developed nonlinear numerical modeling methodologies considered soil-structure interaction between supporting piles and surrounding soils and between abutment and backfills. Material nonlinearity was also considered to simulate differential rotation in construction joints between abutment and backwall. Based on the numerical modeling methodologies, a parametric study of 243 analysis cases, considering five parameters: (1) thermal expansion coefficient, (2) bridge length, (3) backfill height, (4) backfill stiffness, and (5) pile soil stiffness, was performed to established prediction models for abutment displacements over a bridge life. The parametric study results revealed that thermal expansion coefficient, bridge length, and pile-soil stiffness significantly influenced the abutment displacement. Bridge length parameter significantly influenced the abutment top displacement at the centroid of the superstructure, which is similar to the free expansion analysis results. Developed prediction model can be used for a preliminary design of integral abutment bridges.
Prediction of prestressed concrete girder integral abutment bridge (IAB) load effect requires understanding of the inherent uncertainties as it relates to thermal loading, time-dependent effects, bridge material properties and soil properties. In addition, complex inelastic and hysteretic behavior must be considered over an extended, 75-year bridge life. The present study establishes IAB displacement and internal force statistics based on available material property and soil property statistical models and Monte Carlo simulations. Numerical models within the simulation were developed to evaluate the 75-year bridge displacements and internal forces based on 2D numerical models that were calibrated against four field monitored IABs. The considered input uncertainties include both resistance and load variables. Material variables are: (1) concrete elastic modulus; (2) backfill stiffness; and (3) lateral pile soil stiffness. Thermal, time dependent, and soil loading variables are: (1) superstructure temperature fluctuation; (2) superstructure concrete thermal expansion coefficient; (3) superstructure temperature gradient; (4) concrete creep and shrinkage; (5) bridge construction timeline; and (6) backfill pressure on backwall and abutment. IAB displacement and internal force statistics were established for: (1) bridge axial force; (2) bridge bending moment; (3) pile lateral force; (4) pile moment; (5) pile head/abutment displacement; (6) compressive stress at the top fiber at the mid-span of the exterior span; and (7) tensile stress at the bottom fiber at the mid-span of the exterior span. These established IAB displacement and internal force statistics provide a basis for future reliability-based design criteria development.
Sim, Youngjong;Jin, Kyu-Nam;Hong, Eun-Soo;Kim, Hansung;Park, Jun Kyung
Land and Housing Review
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v.12
no.3
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pp.97-108
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2021
In bridge abutment structures, lateral squeeze due to lateral stress of embankment placement and thermal movement of the bridge structure leads to failure of approach slabs, girders, and bridge bearings. Recently, GRS (Geosynthetic-Reinforced Soil) integral bridge has been proposed as a new countermeasure. The GRS integral bridge is a combining structure of a GRS retaining wall and an integral abutment bridge. In this study, numerical analyses which considered construction sequences and earthquake loading conditions are performed to compare the behaviors of conventional PSC (Pre-Stressed Concrete) girder bridge, traditional GRS integral bridge structure and GRS integral bridge with bracket structures (newly developed LH-type GRS integral bridge). The analysis results show that the GRS integral bridge with bracket structures is most stable compared with the others in an aspect of stress concentration and deformation on foundation ground including differential settlements between abutment and backfill. Furthermore, the GRS integral bridge with/without bracket structures was found to show the best performance in terms of seismic stability.
Reliability-based design limit states and associated partial load factors provide a consistent level of design safety across bridge types and members. However, limit states in the current AASHTO LRFD have not been developed explicitly for the situation encountered by integral abutment bridges (IABs) that have unique boundary conditions and loads with inherent uncertainties. Therefore, new reliability-based limit states for IABs considering the variability of the abutment support conditions and thermal loading must be developed to achieve IAB designs that achieve the same safety level as other bridge designs. Prestressed concrete girder bridges are considered in this study and are subjected to concrete time-dependent effects (creep and shrinkage), backfill pressure, temperature fluctuation and temperature gradient. Based on the previously established database for bridge loads and resistances, reliability analyses are performed. The IAB limit states proposed herein are intended to supplement current AASHTO LRFD limit states as specified in AASHTO LRFD Table 3.4.1-1.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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