An orthotropic steel deck system is widely adapted form for a long-span bridge. It has many advantages, such as the big reduction of dead weight, the simplicity for erection, and the reduction of the construction period. However, an orthotropic steel deck system requires a lot of welding work, which may result in defects and deformation of connection. Therefore, the research for the general behavior and fatigue strength of the several details in orthotropic steel deck bridge is necessary. The fatigue failure with distortion results from secondary stress by out-of-plane deformation; these kinds of cracks are very difficult to measure, and can not be precisely calculated through finite element analysis. This stress concentration phenomenon generates the fatigue failure around the lower scallop of the transverse rib. This paper presents improved details of the intersection between the longitudinal rib and the transverse rib of an orthotropic steel deck bridge by the third dimensional hit size test, and the finite element method, which can minimize local stress through parametric study.
This study evaluated the localized stress condition of the real corroded deck surface of an orthotropic steel bridge because severe corrosion damage on the deck surface and fatigue cracking were reported. Thus, a three-dimensional finite element (FE) analysis model was created based on measurements of the corroded orthotropic steel deck surface to examine the stress level dependence on the corrosion condition. Based on the FE analysis results, it could be confirmed that a high stress concentration and irregular stress distribution can develop on the deck surface. The stress level was also increased by approximately 1.3-1.5 times as a result of the irregular corroded surface. It was concluded that this stress concentration could increase the possibility of fatigue cracking in the deck surface because of the surface roughness of the orthotropic steel bridge deck.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.7
no.1
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pp.191-198
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2003
The pavement stiffness is scarcely used in structural analysis to design the superstructure of bridge. It is reasonable not to consider it in the case of asphalt concrete pavement over concrete deck because the pavement stiffness compared with the concrete deck plate can be ignored. However, sometimes, the pavement materials have a similar amount of elastic modulus to concrete and are applied to the orthotropic steel deck plate which has relatively less stiffness compared with the concrete deck plate. In this paper, the steel plate deck of a real bridge project was analyzed by considering the pavement stiffness by linear elastic FEM. It was assumed that a perfect bond between the steel plate deck and the pavement exited. The results indicated that the structural behavior of the orthotropic steel deck plate can be estimated enough to affect the evaluation result of structural capacity in some cases. Therefore, the investigations by experimental tests and more advanced numerical model are indispensible in figuring the design formula for considering the effects of pavement stiffness in the structural analysis of an orthotropic bridge.
Yoon, Sang il;Jang, Yong joon;Choi, Jinwoong;Hong, Sungnam;Park, Sun-Kyu
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.19
no.6
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pp.46-54
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2015
Base on Korean design code, previous design code had not considered the effect of pavement on the orthotropic steel deck, however recent design code (Limit State Design Method, 2012) allowed to consider the effect of pavement on the orthotropic steel deck, and efforts to apply the stiffness of pavement to the deck continue. Meanwhile, research on the effect of ultra thin bridge deck overlay on the orthotropic steel deck is inadequate, previous study was limited in about fatigue stress and performance between pavement layer and the orthotropic steel deck. In this study, according to changing of pavement layer stiffness application, pavement materials, pavement thickness and steel deck thickness, analysis of deflection. In addition to base on this result, consider effectiveness of ultra-thin pavement stiffness application on the orthotropic steel deck.
This study proposes useful analysis models for automatic design of orthotropic steel deck bridges. For the selection of the best or the most proper analysis model this paper presents various analysis models based on grillage model, which are then compared with each other in terms of reliability of analysis, computing time and effectiveness. Also the selected analysis models are compared with Pelikan-Esslinger method well-known for orthotropic steel deck bridge analysis. The effectiveness of proposed analysis models is demonstrated by means of a numerical example that is a three-span continuous (60m+80m+60m=200m) orthotropic steel-box girder bridge.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2001.10a
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pp.385-392
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2001
The stiffness of pavement is scarcely considered in structural analysis of the superstructure bridge. It will be reasonable in the case of asphalt concrete pavement over concrete deck plate because stiffness of the pavement compared with concrete deck plate can be ignored. Additionally, it is considered correct to do a design with a safety. However, various pavement materials which have even value reaching to the elastic modulus of concrete are applied to the orthotropic steel deck plate which has a relatively less stiffness comparing with the concrete deck plate. In this paper, the steel plate deck of the bridge of real project was modeled considering the pavement stiffness for the FEM analysis and the linear elastic analysis was performed. It was assumed to be perfectly bonded between the steel plate deck and the pavement and the temperature effect was ignored. It was analyzed on the vertical deflection of steel deck plate influencing to the serviceability of pavement and the bending stress of steel deck plate related to the fatigue life. As a result, It was indicated that the structural behavior of the orthotropic steel deck plate could be affected by the stiffness of pavement in some cases.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.16
no.3
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pp.237-250
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2003
Since an orthotropic steel deck bridge has large number of design variables and shows complex structural behavior, it would be very difficult and impractical to directly use a Conventional Single Level (CSL) optimization algorithm for its optimum design. Thus, in this paper, an Improved Multi Level Design Synthesis (IMLDS) optimization algorithm is proposed to improve the computational efficiency. In the proposed IMLDS algorithm, a coordination method is introduced to divide the bridge into main girders and orthotropic steel deck with preserving the characteristics of the structural behavior. For an efficient optimization of the bridge, the IMLDS algorithm incorporates the various crucial approximation techniques such as constraints deletion, Automatic Differentiation (AD), stress reanalysis, and etc. In the case of orthotropic steel deck system, optimum design problems are characterized by mixed continuous discrete variables and discontinuous design space. Thus, a modified Genetic Algorithm (GA) is also applied to optimize discrete member design for orthotropic steel deck. From the numerical example, the efficiency and convergency of the IMLDS algorithm proposed in this paper is investigated. It may be positively stated that the IMLDS algorithm will lead to more effective and practical design compared with previous algorithms.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2003.10a
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pp.333-339
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2003
Recently, the bridges become greater according to development of a construction technology. This phenomenon requires long span bridge, so that increases the dead weight. The orthotropic steel deck bridges have much advantages such as the light dead weight and the reduction of construction period. And almost whole process of carried out is manufactured at factory, so it can cause the increase of quality authoritativeness. But orthotropic steel deck bridge is consist of structure by welding, it can not avoid a lot of welding jobs, defects and transformation by welding are becoming problem accordingly. Specially, topical stress concentration phenomenon in cross connection area of longitudinal and transverse rib causes fatigue failure. The Bulkhead Plate for prevention of this stress concentration phenomenon was applied by changing the orthotropic steel deck of Williamsburg bridge in USA. But, it is principle that a Bulkhead Plate is not established in the domestic design standard. Therefore, it is estimated that the study for installation of Bulkhead Plate is needed. This treatise with considering these circumstances proves efficiency of Bulkhead Plate and will be presented optimal design details through finite element analysis according to change the geometrical of Bulkhead Plate and tile cross-connection area of longitudinal and transverse rib.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1998.04a
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pp.262-271
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1998
Recent, more and more steel deck bridges are adopted for the design of long span bridges and the upgrading of existing concrete deck bridges, mainly because of reduced self weight, higher stiffness and efficient erection compared to concrete decks. The main objective of this study is to propose on formulation of the design optimizations to develop an optimal desist program required for optimum desist for orthotropic steel-deck bridges. The objective function of the optimization is formulated as a minimum initial cost design problem. The behavior and design constraints are formulated based on the ASD and LRFD criteria of the Korean Bridge Design Code(1996). The optimum design program developed in this study consists of two steps. In the first step the system optimization of the steel box girder bridges is carried out. And in the second step the program provided the optimum design of the orthotropic steel-deck with close ribs. In the optimal design program the analysis module for the deck optimization is based on the Pelican Esslinger method. The optimizer module of the program utilizes the ADS(Automated Desist Synthesis) routines using the optimization techniques fuor constrained optimization. From the results of real application examples, The cost effectiveness of optimum orthotropic steel-deck bridges designs based on both ASD and LRFD methods is investigated by comparing the results with those of conventional designs, and it may be concluded that the design developed in this study seems efficient and robust for the optimization of orthotropic steel-deck bridges
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2004.04a
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pp.177-184
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2004
Orthotropic steel deck bridge has much advantages such as the light deadweight, so the construction of orthotropic steel deck is profitable for the long-span bridges Although the system has a lot of merits, it happens some damages by the traffic density and the fatigue cracks of welding. The cross-connection of longitudinal rib and transversal rib is one of the weakest at the fatigue. The secondary stresses which are from the out-plane deformation of transversal rib and the torsion of longitudinal rib make the topical stress concentration phenomenon. The Bulkhead Plate for prevention of this stress concentration phenomenon was applied by changing the orthotropic steel deck of Williamsburg bridge in USA. But, it is principle that a Bulkhead Plate is not established in the domestic design standard. Therefore, it is estimated that the study for installation of Bulkhead Plate is needed. This study with considering these circumstances proves efficiency of Bulkhead Plate and will be presented optimal design details through finite element analysis according to change the geometrical of Bulkhead Plate and the cross-connection area of longitudinal and transversal rib
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[게시일 2004년 10월 1일]
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