This study evaluates the behavior and strength of an anchorage zone of the prestressed concrete box girder bridge on the Kyungboo highway railroad using the 2D SUB-3D STM approach and a linear elastic finite element analysis. The 2D SUB-3D STM approach utilizes several two-dimensional sub strut-tie models that represent the compressive and tensile stress flows of each projected plane of the three-dimensional structural concrete in the selection of a three dimensional strut-tie model, evaluation of the effective strengths of the concrete struts, and verification of the geometric compatibility condition and bearing capacity of the critical nodal zones in the selected three-dimensional strut-tie model. The finite element analysis uses an 8-node brick element and the longitudinal prestressing force is considered as the equivalent nodal force. Analysis results show that the 2D SUB-3D STM approach and linear elastic finite element method can be effectively applied to the analysis and design of three-dimensional structural concrete including a prestressed concrete box girder anchorage zone.
The traditional prestressed concrete composite box-girders with corrugated steel webs have several drawbacks such as large deflection and potential local buckling. In this study, two methods were investigated to optimize and improve the prestressed concrete composite box-girders with corrugated steel webs. The first method was to replace the concrete bottom slab with a steel plate and the second method was to support the concrete bottom slab on the steel flanges. The behavior of the prestressed concrete composite box-girders with corrugated steel webs with either method was studied by experiments on three specimens. The test results showed that behavior of the optimized and upgraded prestressed concrete composite box-girders with corrugated steel webs, including ultimate bearing capacity, flexural stiffness, and crack resistance, is greatly improved. In addition, the influence of different shear connectors, including perfobond leisten (PBL) and stud shear connectors, on the behavior of prestressed concrete composite box-girders with corrugated steel webs was studied. The results showed that PBL shear connectors can greatly improve the ultimate bearing capacity, flexural stiffness and crack resistance property of the prestressed concrete composite box-girders with corrugated steel webs. However, for the efficiency of prestressing introduced into the girder, the PBL shear connectors do not perform as well as the stud shear connectors.
The purpose of this study is to introduce design practice for prestressed concrete box girder with AASHTO LRFD Design Specification. Distinctive features of viaduct girder of Incheon Bridge are pre-tensioned transverse tendon, 3-dim. transverse analysis, enlarged opening in diaphragm and so on.
An optimum design algorithm of PSC box girder bridges using design sensitivity analysis is proposed in this paper. For the efficiency of the proposed algorithm, approximated reanalysis techniques using design sensitivity analysis are introduced. And also to save the numerical efforts, an efficient reanalysis technique through approximated structural responses is proposed. A design sensitivity analysis of structural response is executed by automatic differentiation(AD). The efficiency and robustness of the proposed algorithm, compared with conventional algorithm, is successfully demonstrated in the numerical example.
본 연구는 하나의 프리캐스트 거더를 분할하여 세그먼트로 각각 공장에서 제작하여 현장으로 운반한 후 포스트텐션 방식으로 체결하여 가설하는 분절공법으로 제작된 철도교 조립식 콘크리트 박스 거더의 정적 성능을 검증하고자 한다. 길이 20m의 실물 조립식 콘크리트 거더를 3등분으로 분절하여 제작한 후, 정적 성능 검증을 위해 같은 제원의 일체 거더와 동일한 조건에서 재하 실험을 수행하였다. 분절 거더 및 일체 거더에 대해 중앙 처짐, 단부 회전각, 균열 양상 등을 비교하였다. 또한 분절 거더의 접합부 거동을 모니터링하기 위해서 수직 상대 변위 및 수평 상대 변위를 최대 재하 하중까지 측정하였다. 분절 거더의 처짐은 육안으로 균열이 감지되는 균열하중 이상부터 일체 거더보다 상대적으로 크게 발생하고 있음을 알 수 있었다. 그러나 분절 거더는 균열하중에 도달하기 전까지 일체 거더와 동일한 거동을 보였다. 또한 분절부의 전단변형 여부를 조사하기 위한 수직 및 수평 상대 변위를 측정한 결과, 최종 재하 하중까지 전단에 의한 변형이 발생하지 않고 있음을 확인하였다. 또한 각 하중단계 별로 비교한 균열 양상은 분절 거더가 일체 거더와 같이 휨에 의한 사인장균열의 형태로 파괴가 진행되고 있음을 보였다.
The traditional design procedure of a prestressed concrete (PC) cable-stayed bridge is complex and time-consuming. The designers have to repeatedly modify the configuration of the large number of design parameters to obtain a feasible design scheme which maybe not an economical design. In order to efficiently achieve an optimum design for PC cable-stayed bridges, a multi-parameter optimization technique is proposed. In this optimization technique, the number of prestressing tendons in girder is firstly set as one of design variables, as well as cable forces, cable areas and cross-section sizes of the girders and the towers. The stress and displacement constraints are simultaneously utilized to ensure the safety and serviceability of the structure. The target is to obtain the minimum cost design for a PC cable-stayed bridge. Finally, this optimization technique is carried out by a developed PC cable-stayed bridge optimization program involving the interaction of the parameterized automatically modeling program, the finite element structural analysis program and the optimization algorithm. A low-pylon PC cable-stayed bridge is selected as the example to test the proposed optimization technique. The optimum result verifies the capability and efficiency of the optimization technique, and the significance to optimize the number of prestressing tendons in the girder. The optimum design scheme obtained by the application can achieve a 24.03% reduction in cost, compared with the initial design.
In this study, the flexural behaviors of full-scale prestressed concrete box girders are experimentally investigated. Four girders were fabricated using two types of concrete (compressive strengths: 50 MPa and 70 MPa) and tested under four-point bending until failure. The measured parameters included the deflection, the stress and strain in concrete and steel bars, and cracks in concrete. The measurement results were used to analyze the failure mode, load-bearing capacity, and deformability of each girder. A finite element model is established to simulate the flexural behaviors of the girders. The results show that the use of high-performance concrete and reasonable combination of prestressed tendons could improve the mechanical performance of the box girders, in terms of the crack resistance, load-carrying capacity, stress distribution, and ductility.
Recently, fatigue problem become a critical issue in the design of prestressed concrete bridges due to the increase of traffic volumes and use of high-strength materials. Most existing studies are mainly concerned with the fatigue behavior of component materials only such as concrete, reinforcing bars, and prestressing steels and few studies exist that deals with the fatigue behavior of bridge members. An improved analytic formulation for both uncracked and cracked prestressed concrete composite section with cyclic creep effect is developed to take into account the change of neutral axis with crack propagation. The procedure also enables to investigate serviceability limit states, deflection and crack width. The present study allows more realistic analysis and design of prestressed concrete composite girder bridges under fatigue loadings.
In the preliminary design stage of Prestressed Concrete (PSC) Box Girder Bridges, the design factors(including depth, thickness of web, and jacking force) decided by inexperience designer could heavily affect the final design factors. So there is a possibility that the design ends up with an excessively wasteful design. To aim at an economical design with preventing an excessive design, the optimal design program has been developed by using ADS optimal program and SPCFRAME(PSC Bridge analysis program) in these studies. The optimal design program automatically calculates economically optimized design studies. The optimal design program automatically calculates economically optimized design factors by introducing the optimal design techniques of PSC box girder bridge design. The objective function for optimal design is material cost of box girder and constrained functions are constituted with design specifications and workability. The optimal design techniques used the Sequential Unconstraint Minimization Technique (SUMT) with performing the optimal design program. In this study, We designed unprismatic section bridge and prismatic section bridge in the same design condition by optimal design program developed in this study. By analyzing the results we suggested the practical form of tendon's layout comparing the optimal desingns on the basis of each tendon's layout.
Balanced cantilever construction is extensively used in the construction of prestressed concrete (PSC) box-girder bridges. Shear-lag effect is usually considered in finished bridges, while the cumulative shear-lag effect in bridges during balanced cantilever construction is considered only rarely. In this paper, based on the balanced cantilever construction sequences of large-span PSC box-girder bridges, the difference method is employed to analyze the cumulative shear-lag effect of box girders with varying depth under the concrete segments' own weight. During cantilever construction, no negative shear-lag effect is generated, and the cumulative shear-lag effect under the balanced construction procedure is greater than the instantaneous shear-lag effect in which the full dead weight is applied to the entire cantilever. Three cross-sections of Jianjiang Bridge were chosen for the experimental observation of shear-lag effect, and the experimental results are in keeping with the theoretical results of cumulative shear-lag effect. The research indicates that only calculating the instantaneous shear-lag effect is not sufficiently safe for practical engineering purposes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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