Jeong, Jin Seok;Jung, Myung Rag;Ock, Chang Kwon;Lee, Won Tae;Kim, Moon Young
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.28
no.4
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pp.243-251
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2016
Longitudinally structural cracks are sometimes observed in the pavement on steel plate deck bridges because traffic truck loadings can cause large local deformations of the thin deck plate stiffened by longitudinal and transverse beams. In this study, an improved finite strip method using flat-shell strip, prism, and link elements is presented to investigate local deformations of steel decks with pavements in which flexural and torsional stiffness effects of thin floor beams are rigorously taken into account. A simplified deck model extracted from steel plate-girder bridges is analyzed using the developed FSM and the commercial FE program, ABAQUS and also, their numerical results are compared and discussed.
Fatigue cracks of rib-to-deck (RD) joints have been frequently observed in the orthotropic steel decks (OSD) using conventional U-ribs (CU). Thickened edge U-rib (TEU) is proposed to enhance the fatigue strength of RD joints, and its effectiveness has been proved through fatigue tests. In-depth full-scale tests are further carried out to investigate both the fatigue strength and fractography of RD joints. Based on the test result, the mean fatigue strength of TEU specimens is 21% and 17% higher than that of CU specimens in terms of nominal and hot spot stress, respectively. Meanwhile, the development of fatigue cracks has been measured using the strain gauges installed along the welded joint. It is found that such the crack remains almost in semi-elliptical shape during the initiation and propagation. For the further application of TEUs, the design curve under the specific survival rate is required for the RD joints using TEUs. Since the fatigue strength of welded joints is highly scattered, the design curves derived by using the limited test data only are not reliable enough to be used as the reference. On this ground, an experiment-numerical hybrid approach is employed. Basing on the fatigue test, a probabilistic assessment model has been established to predict the fatigue strength of RD joints. In the model, the randomness in material properties, initial flaws and local geometries has been taken into consideration. The multiple-site initiation and coalescence of fatigue cracks are also considered to improve the accuracy. Validation of the model has been rigorously conducted using the test data. By extending the validated model, large-scale databases of fatigue life could be generated in a short period. Through the regression analysis on the generated database, design curves of the RD joint have been derived under the 95% survival rate. As the result, FAT 85 and FAT 110 curves with the power index m of 2.89 are recommended in the fatigue evaluation on the RD joint using TEUs in terms of nominal stress and hot spot stress respectively. Meanwhile, FAT 70 and FAT 90 curves with m of 2.92 are suggested in the evaluation on the RD joint using CUs in terms of nominal stress and hot spot stress, respectively.
In steel bridges, there are several details that constrain the deformation such as buckling by external forces. Most of these details which are composed of the intersection members have scallops in order to exclude the weld defects inherently and to get the ease of fabrication and also to decrease the stress concentration. In this study, stress relief hole (SRH) near stress concentration zone with detail category D or under is proposed as a method to improve the resistance on the fatigue crack initiation to detail category C. And the effects of the appropriate size and location of SRH were examined and the applicability to improve the fatigue resistance of the floorbeam web and the rib wall at rib/floorbeam intersection in the orthotropic steel deck bridge was evaluated.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.24
no.4
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pp.439-447
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2011
Longitudinal cracks due to traffic truck loadings that are caused by local deformations of steel orthotropic bridge decks are sometimes observed in the wearing surface. So, underlying causes of the longitudinal pavement crack induced by structural behaviors of steel decks are investigated in this study. For this purpose, The rational finite element model of the steel deck and the pavement having the box girder is developed and a parametric study is performed by varying thickness or elastic modulus ratios of both the steel deck plate and the pavement. As a result, a large tensile strain above the webs of the u-rib and the box girder, which becomes the main cause of the cracks of the pavement, is detected from variation of the normal strain component of the wearing surface in the transverse direction.
Additional cutouts in the floorbeam webs of orthotropic plated bridge decks relieve the highly stressed lower flange of the ribs passing through these floorbeam webs from possible fatigue damage. Conversely, the floorbeam webs themselves suffer from high stress concentrations, especially along the free edges of the additional cutouts. These stresses result from a combination of direct introduction of vertical traffic loads in the weakened web and from the truss action of the floorbeam. The latter differs from a simple beam action due to the presence of the openings and corresponds more to the behaviour of a Vierendeel truss. Close assessment of the appearing stresses, highly relevant for fatigue resistance, requires the use of elaborate finite element modelling. However, a full finite element analysis merely provides the results of total stresses, leaving the researcher or designer the difficult task of finding the origin of these stress components. This paper presents a calculation method for cutout stresses based on a combination of a framework analysis and a two dimensional finite element analysis of much smaller parts of the floorbeam. This method provides more insight in the origin of the stress components, as well as it simplifies any comparison of different additional cutout geometries, independent of the floorbeam topology.
This paper proposed a general formulation of Life-Cycle Cost (LCC) models and LCC effective design system models of steel bridges suitable for practical implementation. An LCC model for the optimum design of steel bridges included initial cost and direct/indirect rehabilitation costs of a steel bridge as well as repair/replacement costs, loss of contents or fatality and injury losses, road user costs, and indirect socioeconomic losses. The new road user cost model and regional socioeconomic losses model were especially considered because of the traffic network. Illustrative design examples of an actual steel box girder and an orthotropic steel deck bridge were discussed to demonstrate the LCC effectiveness of the design of steel bridges. Based on the results of the numerical investigation, the LCC-effective optimum design of steel bridges based on the proposed LCC model was found to lead to a more rational, economical, and safer design compared with the initial cost-optimum design and the conventional code-based design.
From the research which it sees verification of the whole interpretation and local interpretation of the durability steel deck bridge a static test and it produces the test body which it sells with character and it executes smallness pul lek detailed interpretation it leads and the appropriate characteristic of smallness pul lek detailed interpretation and to sleep a nominal stress price and it compares it judges it does. The stress quality from each structure region which it follows in load stock location it analyzes and from the hazard which evaluates, the objective region the length rib and the bottom grater weld zone, the length rib and width rib connection department and the width rib with the father it divided. It investigated the stress distribution of the test body from these objective location, FEM interpretation it led and the conduct against each structure state tax it analyzed. General conduct the load stock location the floor plate is located in the center with interpretation price together symmetry characteristic to seem, it cannot be like that it cannot there is one actual test price. Like this reason the length rib and width rib connection actually production even production characteristic security it is a day when it is impossible with the curvature junction department which it blows, it follows in examination body deferment condition and form feed with the fact that it is visible a big difference even with error of some it becomes. Consequently for a data and the research which are more accurate it is judged with the fact that the effort which is prudent will be necessary.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.14
no.4
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pp.815-826
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1994
Skew bridges are found frequently in new bridge construction due to geographical conditions when new constructing bridges are put across the existing highways, railroads or rivers. This study is to investigate the static behaviors of the steel deck plates of skew bridges which are increasingly used in bridges due to outstanding quality of structural steels, development of welding techniques, in order to reduce dead loads and period of constructions. The static behaviours of steel deck plates are analyzed using general purpose FE code SAP90 by modeling the skewed deck plates with rigorous finite elements, as the skew angles vary. The results of finite element analysis for the behaviors of steel deck plates and concrete slabs in acute, obtuse corners and center of decks are compared and discussed as the skew angles vary from $90^{\circ}$ to $30^{\circ}$. Two types of decks are treated, as isotropic plates and orthotropic plates, respectively. From the results of finite element analysis, it is found that more moments, reactions, and deflections occur at the obtuse corners than at the center of skewed decks regardless of isotropy or orthotropy. Especially, in case of the skewed deck plates with skew angles less than 45 degrees, significantly large discrepancies for the values of those internal forces are shown between the skewed and right deck plates. This study estimates the characteristics of deck behaviors according to skew angles, and proposes limitations of skew angles and the ciritical regions of decks.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2011.04a
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pp.669-672
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2011
본 논문은 사하중 절감이 중요한 장지간 교량에 있어서 유리한 구조를 가지는 강바닥판의 성능 강화를 위한 수치해석 연구를 실시하였다. 이미 국내외에서는 다수의 강바닥판을 이용한 교량의 시공 사례가 많으며, 앞으로도 시공 또는 계획될 해상 장지간 교량에서도 강바닥판 교량의 사례가 많을 것으로 판단된다. 강바닥판 교량은 공기를 단축할 수 있으며, 들보의 높이가 작아서 날씬한 형상으로 할 수 있기 때문에 미관을 향상 시킬 수 있을 뿐만 아니라 가설 공사비를 절감시킬 수 있는 등 많은 장점을 갖고 있다. 하지만 강바닥판은 이상과 같이 장점을 갖는 구조이지만 비교적 얇은 강판을 복잡한 형상으로 용접하여 조립함에 용접 결함, 잔류응력, 면내 및 면외 변형의 발생 등의 문제점이 지적되고 있다. 따라서 외국에서는 강바닥판의 피로 손상에 대한 실험 및 연구로 많은 자료를 확보하고 있으며, 국내에서도 국내 현실에 맞는 강바닥판의 피로거동 및 피로강도 향상방안에 관한 연구가 더욱더 필요하다. 본 연구에서는 국내교량에 적용되고 있는 구조상세 및 구조해석을 실시하여 강바닥판의 피로거동과 응력 특성을 파악하고, 피로강도를 향상하는 방법으로 Bulkhead Plate와 수직리브 형상 및 부착에 따른 거동을 분석하고, 최적상세를 도출하여 강바닥판의 적극적인 활용화에 그 목적이 있다.
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