Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1997.04a
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pp.248-255
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1997
The structural behaviors under wheel loads are much different from those under uniform loads which are generally adopted for the design of parking garage. In such a viewpoint, the structural behavior of a Half-PC concrete underground parking garage under wheel loads was investigated using the site instrumentations. The static wheel loads were applied on the structure to evaluate the actual static resistance, and moving load tests were also performed to evaluate the impact factors of the structure. Besides, the impact tests were also conducted to estimate the modal parameters of the structure. Through the experimental investigations, it was found that the structural performance of the underground parking garage can be improved by use of structural type such as Half-PC concrete structures.
The paper develops a rigorous mathematical framework for the behavior of arch and membrane like structures. Our main goal is to incorporate moving point loads. Both the weak and the strong damping cases are considered. First, we prove the existence and the uniqueness of the solutions. Then it is shown that the solution in the weak damping case is the limit of the strong damping solutions, as the strong damping vanishes. The theory is applied to a car moving on a bridge.
The paper constitutes the second part of the author's study. The first part (Podworna 2010) formulates four fundamental tasks in dynamics of the bridge-track-train systems. The following cyclic moving loads are considered: a concentrated forces stream (model P), an unsprung masses stream (model M), a single-mass viscoelastic oscillators stream (model $M_o$) and a double-mass viscoelastic oscillators stream (model $MM_o$). Three problems precluding to the numerical simulations have been developed, i.e., prediction of the forced resonances, the parameters of integration of equations of motion, the output results. A computer programme was written in Pascal and numerical research in the scope of the fundamental tasks was worked out. The investigations were focused on adequacy evaluation of the moving load models, P, M, $M_o$, $MM_o$, in predicting dynamic processes in railway bridges.
Although the strengthening effect of deteriorated concrete bridge decks has been studied by various authors, most researches are focused on the experimental works on the pulsating loading in laboratory in spite of deterioration of deck caused by moving vehicle loads. In this research, a theoretical live load model that was proposed to reflect an effect of moving vehicle loads is formulated from a statistical approach on the measurement of real traffic loads for various time periodsin Korea. Fatigue life and strengthening effect of strengthened bridge decks strengthened with either Carbon Fiber Sheet or Grid typed Carbon Fiber Polymer Plastic by the probabilistic and the reliability analyses are assessed. As a results, secondary bridge deck (DB18) strengthened with FRP ensures a sufficient fatigue resistance against the increased traffic loads as well as load carrying capacity in life cycle.
When a liquid cargo tank is partially filled with fluid, internal impact loads can be occurred from the vessel's motions. In this study, liquid sloshing problems with a thin top layer of particles with a lighter density than water and the coupling effects of the liquid-sloshing/vessel-motion were investigated in order to reduce the sloshing-induced impact loads. The PNU-MPS (Pusan-National-University-modified Moving Particle Simulation) method for solving the liquid motion inside a tank and the CHARM3D BEM (Boundary Element Method) based time-domain ship motion analysis program for vessel-motion simulation were coupled. From the simulation results, we could see that the floaters seemed to be quite effective at reducing the sloshing impact loads in the case of tank-only sloshing problems, but not as much for the coupling problem with vessel motion.
This paper systematically analyzes the dynamic effects of structure approaches which are expected to have direct effects on train loads - according to the train's acceleration as the area under consideration is located in a section where acceleration of high speed railway vehicles and the train's operating speed happens. In addition, through an examination of the dynamic train loads, dynamic behavioral characteristics of embedded structures and structure approaches were analyzed and a numerical analysis has been carried out in order to evaluate the performance of track subgrade and the safety of the structure. As a result, we reach the conclusion that the dynamic effects by train loads is low, but somewhat high vertical acceleration occurs.
Moving force identification is a very important inverse problem in structural dynamics. Most of the identification methods are eventually converted to a linear algebraic equation set. Different ways to solve the equation set may lead to solutions with completely different levels of accuracy. Based on the measured bending moment responses of the bridge made in laboratory, this paper presented the time domain method (TDM) and frequency-time domain method (FTDM) for identifying the two moving wheel loads of a vehicle moving across a bridge. Directly calculating pseudo-inverse (PI) matrix and using the singular value decomposition (SVD) technique are adopted as means for solving the over-determined system equation in the TDM and FTDM. The effects of bridge and vehicle parameters on the TDM and FTDM are also investigated. Assessment results show that the SVD technique can effectively improve identification accuracy when using the TDM and FTDM, particularly in the case of the FTDM. This improved accuracy makes the TDM and FTDM more feasible and acceptable as methods for moving force identification.
Moving train load parameters, including train speed, axle spacing, gross train weight and axle weights, are identified based on strain-monitoring data. In this paper, according to influence line theory, the classic moving force identification method is enhanced to handle time-varying velocity of the train. First, the moments that the axles move through a set of fixed points are identified from a series of pulses extracted from the second derivative of the structural strain response. Subsequently, the train speed and axle spacing are identified. In addition, based on the fact that the integral area of the structural strain response is a constant under a unit force at a unit speed, the gross train weight can be obtained from the integral area of the measured strain response. Meanwhile, the corrected second derivative peak values, in which the effect of time-varying velocity is eliminated, are selected to distribute the gross train weight. Hence the axle weights could be identified. Afterwards, numerical simulations are employed to verify the proposed method and investigate the effect of the sampling frequency on the identification accuracy. Eventually, the method is verified using the real-time strain data of a continuous steel truss railway bridge. Results show that train speed, axle spacing and gross train weight can be accurately identified in the time domain. However, only the approximate values of the axle weights could be obtained with the updated method. The identified results can provide reliable reference for determining fatigue deterioration and predicting the remaining service life of railway bridges.
In order to reveal the independent relationship between track irregularity and wind loads, the stochastic characteristics of train-bridge coupling systems subjected to wind loads were investigated by the multi-sample calculation. The vehicle was selected as 23 degrees of freedom dynamical model, and the bridge was described by three-dimensional finite element model. It was assumed that the wind loads were random processes with strong spatial correlation, while the track irregularities were stationary random ones. As a case study, a high-speed train running on a cable-stayed bridge subjected to wind loads was studied. The effect of rail irregularities was deemed to be independent of the effect of wind excitations on the coupling system in the same wind circumstance for the same project, leading to the conclusion that the effect of wind loads and moving vehicle could be calculated separately. The variance results of the stochastic responses of vehicle-bridge coupling system under the action of wind loads and rail irregularities together were equivalent to the sum of the variance of the responses induced by each excitation. Therefore, when one of the input excitations is different, only the effect of changed loads needs to be assessed. Moreover, the new calculated results were combined with the effect of unchanged loads to present the stochastic response of coupling system subjected to the different excitations, reducing the cost of computations. The stochastic characteristics, the CFD (cumulative distribution function) of the coupling system with different wind velocities, vehicle speed, and vehicle marshalling were studied likewise.
In this work, thermoelastic dynamic behavior of functionally graded carbon nanotube reinforced composite (FG-CNTRC) cylinders subjected to mechanical pressure loads, uniform temperature environment or thermal gradient loads is investigated by a mesh-free method. The material properties and thermal stress wave propagation of the nanocomposite cylinders are derived after solving of the transient thermal equation and obtaining of the time history of temperature field of the cylinders. The nanocomposite cylinders are made of a polymer matrix and wavy single-walled carbon nanotubes (SWCNTs). The volume fraction of carbon nanotubes (CNTs) are assumed variable along the radial direction of the axisymmetric cylinder. Also, material properties of the polymer and CNT are assumed temperature-dependent and mechanical properties of the nanocomposite are estimated by a micro mechanical model in volume fraction form. In the mesh-free analysis, moving least squares shape functions are used to approximate temperature and displacement fields in the weak form of motion equation and transient thermal equation, respectively. Also, transformation method is used to impose their essential boundary conditions. Effects of waviness, volume fraction and distribution pattern of CNT, temperature of environment and direction of thermal gradient loads are investigated on the thermoelastic dynamic behavior of FG-CNTRC cylinders.
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