국내 공동구는 주로 신도시 개발사업에 포함되어 건설되었기 때문에 모두 개착 BOX 형태를 이루고 있으나 기존 시가지를 대상으로 독자적 공동구를 건설 중인 해외의 경우 터널식 공동구 형태를 주로 채택하고 있다. 공동구의 사회적 요구가 큰 중심가 도심지는 교통량이 많아 장기적으로 차로를 차단하거나 우회 차로 설치가 곤란한 것이 일반적이므로 터널식 공동구 설치가 합리적이라 하겠다. 이러한 터널식 공동구 활성화를 위해 공동구 최적 설계용량 및 수용시설(전력, 통신, 상수도 등)별 상호 영향인자(열간섭 및 전식, 유지관리 효율성 등)를 고려한 최적화된 단면설계 기술력을 확보할 필요가 있다. 터널식 공동구의 최적단면 설계기술이란 결국 공동구내 수용시설의 최적 배치기법을 도출하는 것이라 할 수 있다. 이러한 설계기법 도출을 위해 우선적으로 해외의 터널식 공동구(Shield TBM, Conventional Tunneling) 내공단면 적용 사례를 조사하여, 단면 내 수용시설의 배치현황, 부대시설 설치 등의 특징을 분석하고, 또한 국내 외의 공동구 설계기준 및 지침서에서 제시하고 있는 내공단면 설계(배치)와 관련한 기준사항들을 정리 분석할 필요가 있다.
In case of continuous steel box-girder bridges, the magnitude of the longitudinal tensile stress on concrete in internal support is larger than the tensile strength of concrete. In this paper, the parametric study was performed to present the effective magnitude of the longitudinal prestress for reducing the longitudinal tensile stress to decrease under the tensile strength of concrete. The parametric study is conducted with changing the steel box-girder section and the span length of bridge. Three dimensional finite element analyses are conducted with ABAQUS program. The behavior of the steel box-girder bridge with prestress is investigated through experimental works on a analogous steel box-girder bridge model, and their results are compared with those of analytical studies.
Majeed, Abeer A.;Allawi, Abbas A.;Chai, Kian H.;Badaruzzam, Hameedon W. Wan
Structural Engineering and Mechanics
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제61권3호
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pp.397-406
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2017
The use of fiber reinforced polymer (FRP) for torsional strengthening of reinforced concrete (RC) single cell box beams has been analyzed considerably by researchers worldwide. However, little attention has been paid to torsional strengthening of multicell box girders in terms of both experimental and numerical research. This paper reports the experimental work in an overall investigation for torsional strengthening of multicell box section RC girders with externally-bonded Carbon Fiber Reinforced Polymer CFRP strips. Numerical work was carried out using non-linear finite element modeling (FEM). Good agreement in terms of torque-twist behavior, steel and CFRP reinforcement responses, and crack patterns was achieved. The unique failure modes of all the specimens were modeled correctly as well.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제8권4호
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pp.360-374
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2016
The present paper studies the ultimate torsional strength of stiffened box girders with large deck opening due to the influence of cracks. Three types of hull girders with different spans are provided for comparison. Potential parameters which may have effects on the torsional strength including the mesh refinement, initial deflection, material strain hardening, geometric properties of crack and stiffener are discussed. Two new concepts that play an significant role in the ultimate strength research of damaged box girders are introduced, one of which is the effective residual section (ERS), the other is the initial damage of the failure zone (IDFZ) for intact structures. New simple formulas for predicting the residual ultimate torsional strength of cracked stiffened box girders are derived on the basis of the two new concepts.
The ultimate carrying capacity of axially loaded welded square box section members made of medium and high strength steels (nominal yield stresses varying from 345 MPa to 460 MPa), with large width-to-thickness ratios ranging from 35 to 70, is analyzed by finite element method (FEM). At the same time, the numerical results are compared with the predicted results using Direct Strength Method (DSM), modified DSM and Effective Yield Strength Method (EYSM). It shows that curve a, rather than curve b recommended in Code for design of steel structures GB50017-2003, should be used to check the local-overall interaction buckling strength of welded square section columns fabricated from medium and high strength steels when using DSM, modified DSM and EYSM. Despite all this, EYSM is conservative. Compared to EYSM and modified DSM, DSM provides a better prediction of the ultimate capacities of welded square box compression members with large width-thickness ratios over a wide range of width-thickness ratios, slenderness ratios and steel grades. However, for high strength steels (nominal yield strength greater than 460 MPa), the numerical and existent experimental results indicate that DSM overestimates the load-carrying capacities of the columns with width-thickness ratio smaller than 45 and slenderness ratio less than 80. Further, for the purpose of making it suitable for a wider scope, DSM has been modified (called proposed modified DSM). The proposed modified DSM is in excellent agreement with the numerical and existing experimental results.
A new type of bridge deck section consisting of four-box decks, two side decks for vehicular traffic lanes and two middle decks for railway traffic, has been experimentally investigated for determining its aerodynamic properties. The eight flutter derivatives were determined by the Iterative Least Squares (ILS) method for this new type of four-box deck model, with two windshields of 30 mm and 50 mm height respectively. Wind tunnel experiments were performed for angles of attack α = ±6°, ±4°, ±2° and 0° and Re numbers of 4.85×105 to 6.06×105 and it was found that the four-box deck with the 50 mm windshields had a better aerodynamic performance. Also, the results showed that the installation of the windshields reduced the values of the lift coefficient CL for the negative angles attack in the range of -6° to 0°, but the drag coefficient CD increased in the positive angle of attack range. However, galloping instability was not encountered for the tested reduced wind speeds, of up to 9.8. The aerodynamic force coefficients and the flutter derivatives for the four-box deck model were consistent with the results reported for the Messina triple-box bridge deck, but were different from those reported for the twin-box bridge decks.
An analytical method considering axial equilibrium is proposed for the short- and long-term analyses of shear lag effect in reinforced concrete (RC) box girders. The axial equilibrium of box girders is taken into account by using an additional generalized displacement, referred to as the longitudinal displacement of the web. Three independent shear lag functions are introduced to describe different shear lag intensities of the top, bottom, and cantilever plates. The time-dependent material properties of the concrete are simulated by the age-adjusted effective modulus method (AEMM), while the reinforcement is assumed to behave in a linear-elastic fashion. The differential equations are derived based on the longitudinal displacement of the web, the vertical displacement of the cross section, and the shear lag functions of the flanges. The time-dependent expressions of the generalized displacements are then deduced for box girders subjected to uniformly distributed loads. The accuracy of the proposed method is validated against the finite element results regarding the short- and long-term responses of a simply-supported RC box girder. Furthermore, creep analyses considering and neglecting shrinkage are performed to quantify the time effects on the long-term behavior of a continuous RC box girder. The results show that the proposed method can well evaluate both the short- and long-term behavior of box girders, and that concrete shrinkage has a considerable impact on the concrete stresses and internal forces, while concrete creep can remarkably affect the long-term deflections.
The black box model is a relatively new option for nonlinear dynamic system identification. It can be used for prediction problems just based on analyzing the input and output data without considering the changes of the internal structure. In this paper, a black box model was presented to solve unconstrained overlying strata movement problems in coal mine production. Based on the black box theory, the overlying strata regional system was viewed as a "black box", and the black box model on overburden strata movement was established. Then, the rock mechanical properties and the mining thickness and mined-out section area were selected as the subject and object respectively, and the influences of coal mining on the overburden regional system were discussed. Finally, a corrected method for height prediction of the fractured zone was obtained. According to actual mine geological conditions, the measured geological data were introduced into the black box model of overlying strata movement for height calculation, and the fractured zone height was determined as 40.36 m, which was comparable to the actual height value (43.91 m) of the fractured zone detected by Double-block Leak Hunting in Drill. By comparing the calculation result and actual surface subsidence value, it can be concluded that the proposed model is adaptable for height prediction of the fractured zone.
For the past three decades a significant amount of research has been conducted on bridge flutter. Wind tunnel tests for a 2000 m class twin-box suspension bridge have revealed that a twin-box deck carrying 4 m tall 50% open area ratio wind screens at the deck edges achieved higher critical wind speeds for onset of flutter than a similar deck without wind screens. A result at odds with the well-known behavior for the mono-box deck. The wind tunnel tests also revealed that the critical flutter wind speed increased if the bridge deck assumed a nose-up twist relative to horizontal when exposed to high wind speeds - a phenomenon termed the "nose-up" effect. Static wind tunnel tests of this twin-box cross section revealed a positive moment coefficient at 0° angle of attack as well as a positive moment slope, ensuring that the elastically supported deck would always meet the mean wind flow at ever increasing mean angles of attack for increasing wind speeds. The aerodynamic action of the wind screens on the twin-box bridge girder is believed to create the observed nose-up aerodynamic moment at 0° angle of attack. The present paper reviews the findings of the wind tunnel tests with a view to gain physical insight into the "nose-up" effect and to establish a theoretical model based on numerical simulations allowing flutter predictions for the twin-box bridge girder.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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