Typical composite girder has been composed with conventional concrete deck and steel girder. Recently, ultrahigh-performance-concrete (UHPC) deck is proposed in order to enhance durability and reduce weight of deck as well as to increase stiffness and strength of the composite girder. This study investigates that a headed stud is still compatible as a shear connector for the UHPC deck and steel girder composite beam. Twelve push-out specimens are prepared to evaluate the static strength of stud shear connectors embedded in the UHPC deck. The test program proves that the static strength of the stud shear connectors embedded in UHPC well meets with design codes described in AASHTO LRFD. Chosen experimental variables are aspect ratio of height to diameter of stud, thickness of deck and thickness of concrete cover over the head of stud. From the test program, aspect ratio and cover thickness are investigated to mitigate the regulations of the existing design codes. The minimum aspect ratio and the minimum cover thickness given in AASHTO LRFD are four and 50mm, respectively. This limitation hinders to lower the thickness of the UHPC deck. The results of the experiment program give that the aspect ratio and the cover thickness can be lower down to three and 25mm, respectively. Eurocode-4 regulates characteristic relative slip at least 6mm. However, test results show that stud shear connectors embedded in UHPC provide the characteristic relative slip only about 4mm. Therefore, another measures to increase ductility of stud should be prepared.
The Ting Kau Bridge in Hong Kong is a cable-stayed bridge comprising two main spans and two side spans. The bridge deck is supported by three towers, an end pier and an abutment. Each of the three towers consists of a single reinforced concrete mast which reduces its section in steps, and it is strengthened by transverse cables and struts in the transverse vertical plane. The bridge deck is supported by four inclined planes of cables emanating from anchorages at the tower tops. In view of the threat from typhoons, the dynamic behaviour of long-span cable-supported bridges in the region is always an important consideration in their design. This paper is devoted to the ambient vibration measurements of the bridge for evaluation of dynamic characteristics including the natural frequencies and mode shapes. It also describes the modelling of the bridge. A few finite element models are developed and calibrated to match with the field data and the results of subsequent structural health monitoring of the bridge.
This study aims to examine the interface shear behavior between precast high-strength concrete slabs with pockets and steel beam to achieve accelerated bridge construction (ABC). Twenty-six push-out specimens, with different stud height, stud diameter, stud arrangement, deck thickness, the infilling concrete strength in shear pocket (different types of concrete), steel fiber volume of the infilling concrete in shear pocket concrete and casting method, were tested in this investigation. Based on the experimental results, this study suggests that the larger stud diameter and higher strength concrete promoted the shear capacity and stiffness but with the losing of ductility. The addition of steel fiber in pocket concrete would promote the ductility effectively, but without apparent improvement of bearing capacity or even declining the initial stiffness of specimens. It can also be confirmed that the precast steel-concrete composite structure can be adopted in practice engineering, with an acceptable ductility (6.74 mm) and minor decline of stiffness (4.93%) and shear capacity (0.98%). Due to the inapplicability of current design provision, a more accurate model was proposed, which can be used for predicting the interface shear capacity well for specimens with wide ranges of the stud diameters (from13 mm to 30 mm) and the concrete strength (from 26 MPa to 200 MPa).
Tongwamen Bridge is a critical link between Dongmen Island and the land in Shipu town, Zhejiang province, China. It is a 238 m span, half-through, concrete-filled steel tubular (CFST) X-type arch bridge. The width of the deck is only 10 m, yielding a width-to-span ratio of 1/23.8. The plane truss type section rib was adopted, which made of two CFST chords and web member system. The lateral stability is the key issue to this bridge. However, the existing researches on Tongwamen Bridge's lateral stability are all the deterministic structural analysis. In this paper, a new strategy for positioning sampling points of the response surface method (RSM), based on the composite method combining RSM with geometric method for structural reliability analysis, is employed to obtain the reliability index of lateral stability. In addition the correlated parameters were discussed in detail to find the major factors. According to the analysis results, increasing the stiff of lateral braces between the arch ribs and setting the proper inward-incline degree of the arch rib can enhance obviously the reliability of lateral stability. Moreover, the deck action of non-orienting force is less than the two factors above. The calculated results indicate that the arch ribs are safe enough to keep excellent stability, and it provides the foundation that the plane truss rib would be a competitive solution for a long-span, narrow, CFST arch bridge.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.1A
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pp.15-24
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2008
This paper presents the analytical method for the long-term behavior of simply supported composite beams with precast decks prestressed in the longitudinal direction. The objectives of time-dependent analysis are to estimate losses of prestress on the concrete slab and long-term deflection due to creep and shrinkage of concrete, relaxation of prestressing steel. Also, the time-dependent analysis was carried out using the presented analytical method to evaluate the effects of several parameters on the long-term behavior of composite bridge with precast deck, including geometrical shapes of composite beams, compressive strength of concrete and magnitude of initial prestress. The results of the analysis indicated that, in the effects of geometrical shapes of composite beams, the main parameters affecting the losses of prestress and the long-term deflection were the cross sectional area and the moment of inertia of steel beam, respectively. Finally, the determination method for the required initial prestress was proposed by evaluation of the loss characteristics due to shrinkage and creep of concrete.
Construction techniques for continuous steel bridges were applied to steel-concrete double composite box girder bridges. Concrete depth and length at the bottom of the steel box in the negative moment region were determined by plastic moment region and negative moment region of the double composite section, respectively. Construction methods, such as crane lifting method, free cantilever method, and incremental launching method were used for the analysis of the construction stage. Two cases of the construction phase were considered and analyzed for the stress resultant of double composite girders. The behavior of the nose-deck elastic system was examined by three-dimensionless parameters, such as the nose length, the unit weight of the launching nose, and the flexural stiffness of the nose. The adoption of the launching nose has become an effective solution in the incremental launching of steel-concrete double composite box girder bridges.
Since recently developed Ultra-High-Performance-Concrete (UHPC) provides very high strength, stiffness, and durability, many studies have been made on the application of the UHPC to bridge decks. Due to high strength and stiffness of UHPC bridge deck, the structural contribution of top flange of steel girder composite to UHPC deck would be much lower than that of conventional concrete deck. At this point of view, this study proposes a inverted-T shaped steel girder composite to UHPC deck. This girder requires a new type of shear connector because conventional shear connectors are welded on top flange. This study also proposes three different types of shear connectors, and evaluate their ultimate strength via push-out static test. The first one is a stud shear connector welded directly to the web of the girder in the transverse direction. The second one is a puzzle-strip type shear connector developed by the European Commission, and the last one is the combination of the stud and the puzzle-strip shear connectors. Experimental results showed that the ultimate strength of the transverse stud was 26% larger than that given in the AASHTO LRFD Bridge Design Specifications, but a splitting crack observed in the UHPC deck was so severe that another measure needs to be developed to prevent the splitting crack. The ultimate strength of the puzzle-strip specimen was 40% larger than that evaluated by the equation of European Commission. The specimens combined with stud and puzzle-strip shear connectors provided less strength than arithmetical sum of those. Based on the experimental observations, there appears to be no advantage of combining transverse stud and puzzle-strip shear connectors.
In this paper, nonlinear static analysis of three-dimensional cable stayed bridges is performed for the time dependent materials properties such as creep, shrinkage and aging of concrete and relaxation of cable. Manavgat Cable-Stayed Bridge is selected as an application. The bridge located in Antalya, Turkey, was constructed with balanced cantilever construction method. Total length of the bridge is 202 m. The bridge consists of one $\ddot{e}$ shape steel tower. The tower is at the middle of the bridge span. The construction stages and 3D finite element model of bridge are modeled with SAP2000. Large displacement occurs in these types of bridges so geometric nonlinearity is taken into consideration in the analysis by using P-Delta plus large displacement criterion. The time dependent material strength and geometric variations are included in the analysis. Two different finite element analyses carried out which are evaluated with and without construction stages and results are compared with each other. As a result of these analyses, variation of internal forces such as bending moment, axial forces and shear forces for bridge tower and displacement and bending moment for bridge deck are given with detailed. It is seen that construction stage analysis has a remarkable effect on the structural behavior of the bridge.
Kudu, Fatma Nur;Bayraktar, Alemdar;Bakir, Pelin Gundes;Turker, Temel;Altunisik, Ahmet Can
Steel and Composite Structures
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v.16
no.1
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pp.21-44
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2014
The aim of this study is to determine the dynamic characteristics of long reinforced concrete highway bridges with post-tension tendons using analytical and experimental methods. It is known that the deck length and height of bridges are affected the dynamic characteristics considerably. For this purpose, Berta Bridge constructed in deep valley, in Artvin, Turkey, is selected as an application. The Bridge has two piers with height of 109.245 m and 85.193 m, and the total length of deck is 340.0 m. Analytical and experimental studies are carried out on Berta Bridge which was built in accordance with the balanced cantilever method. Finite Element Method (FEM) and Operational Modal Analysis (OMA) which considers ambient vibration data were used in analytical and experimental studies, respectively. Finite element model of the bridge is created by using SAP2000 program to obtain analytical dynamic characteristics such as the natural frequencies and mode shapes. The ambient vibration tests are performed using Operational Modal Analysis under wind and human loads. Enhanced Frequency Domain Decomposition (EFDD) and Stochastic Subspace Identification (SSI) methods are used to obtain experimental dynamic characteristics like natural frequencies, mode shapes and damping ratios. At the end of the study, analytical and experimental dynamic characteristic are compared with each other and the finite element model of the bridge was updated considering the material properties and boundary conditions. It is emphasized that Operational Modal Analysis method based on the ambient vibrations can be used safely to determine the dynamic characteristics, to update the finite element models, and to monitor the structural health of long reinforced concrete highway bridges constructed with the balanced cantilever method.
The bridge deck section composed of a concrete slab resting on two I-beam girders are known to be susceptible to flutter instability and vortex shedding. Moreover, the cable stayed bridge in construction is more vulnerable to wind rather than in service when the free cantilever construction method is applied. This paper describes the effect of the dynamic wind loads on the bridge during construction and the effect of alternative temporary stabilizing measures. Therefore, a series of wind tunnel tests and numerical analysis were carried out to determine if any countermeasures were required.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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