This paper presents an experimental and analytical investigation on the behavior of a U-shaped girder subjected to operation, cracking and ultimate loads. A full-scale destructive test was conducted on a U-shaped girder to study the cracking process, load-carrying capacity, failure mechanism and load-deformation relationships. Accordingly, the tested U-shaped girder was modeled using ANSYS and a non-linear element analysis was conducted. The investigation shows that the U-shaped girder meets the specified requirements of vertical stiffness, cracking and ultimate load capacity. Unfavorable torsional effect is tolerable during operation. However, compared with box girders, the U-shaped girder has a more transverse mechanical effect and longitudinal cracks are apt to occur in the bottom slab.
Recently, the depth of tunnel constructed is getting deeper, which increases difficulty in construction works. Deliberate tunneling techniques are needed as the span and length of tunnels are increased. As one of the technical developments for tunnel, U-shaped and reinforced spider lattice girders are developed by optimizing the spider used in 95mm lattice girder as tunnel steel ribs. In order to evaluate the load bearing capacity of the lattice girder, the 4-point flexural tests are carried out. For the laboratory tests, straight specimens are made for the existing lattice girder and the new lattice girder. The results of the flexural tests showed that the maximum load bearing capacity of the new lattice girders was higher than the traditional one. The load-displacement behavior of the test specimens showed the elasto-plastic behavior in the existing lattice girder and the stress softening behavior in the new lattice girder. It was found that the load bearing capacities are changed depending on the location of the loading points.
A girder height limitation is the critical parameter for rapid construction of bridge deck and construction space limitation especially in urban area such as high population area and high density habitats. A standard post-tensioned I-shaped concrete girder usually demands relatively higher girder height in order to retain sufficient moment arm between compression force and tensile force. To elaborate this issue, a small U-shaped section with wide flanges can be used as a possible replacement of I-shaped standard girder. This prestressed concrete box girder allows more flexible girder height adjustment rather than standard I-shaped post-tensioned girder plus additional torsion resistance benefits of closed section. A 30m-long, 1.7m-high and 3.63m-wide actual small prestressed concrete box girder is designed and a laboratory test for its static behaviors by applying 6,200kN amount of load in the form of 4-point bending test was performed. The load-deflection curve and crack patterns at different loading stage are recorded. In addition, to extracting the dynamic characteristics such as natural frequency and damping ratio of this girder, several excitation tests with artificial mechanical exciter with un-symmetric mass are carried out using operational frequency sweep-up. Nonlinear finite element analysis of this 4 point bending test under monotonic static load is investigated and discussed with aids of concrete damaged plasticity formulation using ABAQUS program.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.11
no.1
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pp.68-76
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2007
In the present study, tests for U-type steel box girder are performed to observe the effects of W-type and X-type of top lateral bracings on the bending behavior of the U-type steel box girder system. Another objective of the present study is to investigate the adequacy of the currently available design formula. For the structural tests, the test specimen with two third scale of the system constructed in the field was used. In this test, several different spacings are used for the top lateral bracings. The stresses measured from the bending tests are compared with those by the formula proposed by Helwig. An adequate type and the required number of panel for diagonal bracing was obtained.
Purpose: This study verified the safety of the improved box-type girder behavior by comparing and evaluating the bending behavior results of a full-scale specimen based on the analytical behavior of the splice element PSC U-shaped girder with integrated tensioning systems. Method: Based on the results of the service and strength limit state design using the bridge design standard(limit state design method), the applied load of a 40m full-scale specimen was calculated and a static loading experiment using the four-point loading method was performed. Result: When the design load, crack load, and ultimate load were applied, the specimen deflection occurred at 97.1%, 98.5%, and 79.0% of the analytical deflection value. When the design load, crack load, and ultimate load were applied, the crack gauge was measured at 0.009~0.035mm, 0.014~0.050mm, and 6.383~5.522mm at each connection. Conclusion: The specimen behaved linear-elastically until the crack load was applied, and after cracks occurred, it showed strainhardening up to the ultimate load, and it was confirmed that the resistance of bending behavior was clearly displayed against the applied load. The cracks in the dry joints were less than 25% of grade B based on the evaluation of facility condition standard. The final residual deformation after removing the ultimate load was 0.114mm, confirming the stable behavior of the segment connection.
Purpose: This study aims to verify structural stability by manufacturing a 40m full-scale specimen composed of a segmental U-shaped PSC girder with integrated tensioning systems and a concrete slab, proceeding dynamic behavior tests, and compare the results of the tests with the results of numerical analysis. Method: Dynamic behavior tests were conducted on a full-scale, undamaged specimen using an impact hammer, and the natural frequency and damping ratio were measured and compared with numerical analysis techniques and the general damping ratio of the facilities. Result: The natural frequency of the numerical analysis model consisting of a girder and slab composite section was calculated to be 2.561Hz, the natural frequency of the full-scale specimen was measured to be 2.670Hz, and the damping ratio was calculated to be 0.42~0.68%. Conclusion: The natural frequency of the full-scale specimen was found to be 4.3% larger than that of the numerical analysis model. Since the masses of the full-scale specimen and the numerical analysis model are the same as 99.97%, it can be derived that the stiffness of the full-scale specimen has secured structural safety and stability. As a result, the dynamic behavior stability of the specimen was verified. The measured damping ratio of 0.42~0.68% was found to be a stable dynamic behavior compared to the PSC structures damping ratio of 0.5~1.0% in the elastic region.
Kim, Ki-Jung;Lee, Jae-Kyoung;Han, Hyung-Suk;Yang, Seok-Jo
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.39
no.11
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pp.1161-1167
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2015
A slender guideway is essential in improving aesthetically and reducing its construction cost which accounts for about 70% of overall investment for maglev system. As the slender guideway, however, may increase its deformation, its effect on levitation stability and guidance performance needs to be analyzed. The purpose of this study is to analyze the effect on guidance characteristics of maglev due to the lateral deformation of the guideway girder and lateral irregularity of guiderail. For doing this, 3D model considering lateral deformation of girder and irregularity of rail of the guideway is developed. Using the dynamic interaction model integrated with the proposed guideway and maglev vehicle including electromagnetics and its controller, guidance characteristics of maglev are analyzed. It is analyzed that the effect on lateral deformation of girder is relatively small compared to deformation on the lateral irregularities of guiderail.
Nearly 400 composite railway bridge decks of a new kind belonging to the trough type with U-shaped cross section have been constructed in Belgium over the last fifteen years. The construction of these bridge decks is rather complex with the preflexion of precambered steel girders, the prestressing of a concrete slab and the addition of a 2nd phase concrete. Until now, they have been designed with a classical computation method using a pseudo-elastic analysis with modular ratios. Globally, they perform according to the expectations but variability has been observed between the measured and the computed camber of these bridge decks just after the transfer of prestressing and also at long-term. A statistical analysis of the variability of the relative difference between the measured camber and the computed camber is made for a sample of 36 bridge decks using no less than 10 variables. The most significant variables to explain this variability at prestressing are the ratio between the maximum tensile stress reached in the steel girders during the preflexion and the yield strength and the type of steel girder. For the same sample, the long-term camber under permanent loading is computed by two methods and compared with measurements taken one or two years after the construction. The camber computed by the step-by-step method shows a better agreement with the measured camber than the camber computed by the classical method. The purpose of the paper is to report on the statistical analysis which was used to determine the most significant parameters to consider in the modeling in order to improve the prediction of the behaviour of these composite railway bridge decks.
Park, Bong-Sik;Park, Sung-Hyun;Shin, Wang-Su;Cho, Jae-Yeol
Proceedings of the KSR Conference
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2011.05a
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pp.1519-1525
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2011
Construction of the coping of reinforced concrete piers is very complicated due to heavy density of rebars and usually exposed to negligent accident. To correct these problems, coping is pre-assembled at the ground in pier coping pre-assembly method and recently a new method of rebar assembling has proposed in this study. For safety assessment of proposed method, small scale model test of railway bridge(PSC U-GIRDER T-shaped pier) was carried out and it was verified that crack pattern, failure mechanism and load resistance capacity are similar between existing method and proposed method. And using analytical approach, linear and non-linear finite element analysis was performed. As a result, it was checked that proposed method has an acceptable structural safety.
This study numerically investigates buckling behavior of press braked steel plates with a free edge that consists of the upper flange of U-shaped box girder. Since the press-braked plates include a rounded edge, the effective width to thickness ratio of the press-braked upper flange is obscure to determine the nominal compressive strength. This study performed 3D finite element analyses to evaluate an equivalent effective width of cold-formed plate with a free edge. Through the parametric numerical analyses, the elastic buckling stresses of the rounded corner plates were compared with those of general flat plates and then, the equivalent effective width has been estimated. A comparative study with Euler buckling formula speculated in the domestic design specifications has been conducted.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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