In order to provide a novel strategy for long-span bridge health monitoring system design, this paper proposes a novel ultimate bearing capacity ratios based bridge internal force monitoring design method. The bridge ultimate bearing capacity analysis theories are briefly described. Then, based on the ultimate bearing capacity of the structural component, the component ultimate bearing capacity ratio, the uniformity of ultimate bearing capacity ratio, and the reference of component ultimate bearing capacity ratio are defined. Based on the defined indices, the high bearing components can then be found, and the internal force monitoring system can be designed. Finally, the proposed method is applied to the bridge health monitoring system design of the second highway bridge of Wuhu Yangtze river. Through the ultimate bearing capacity analysis of the bridge in eight load conditions, the high bearing components are found based on the proposed method. The bridge internal force monitoring system is then preliminary designed. The results show that the proposed method can provide quantitative criteria for sensors layout. The monitoring components based on the proposed method are consistent with the actual failure process of the bridge, and can reduce the monitoring of low bearing components. For the second highway bridge of Wuhu Yangtze river, only 59 components are designed to be monitored their internal forces. Therefore, the bridge internal force monitoring system based on the ultimate bearing capacity ratio can decrease the number of monitored components and the cost of the whole monitoring system.
It has been recognized for decades that the spherical bearing which is sliding on curved surface in the intrinsic behavior is optimized for the railway bridge requiring a large slope deflection. However, the spherical bearing is easily corrosived at the PSC girder bridge which is exposed to the outside so the normal function of bridge bearing is not fulfilled fully. It is common that the corrosion is happened at the operating plate of steel bridge bearing and generally it is necessary to replace the bridge bearing after 20~25 years. Accordingly, It costs multi billion dollars for maintenance each year and the necessity of improvement become a issue. Korea Rail Network Authority(KR) suggested to apply the Elastomeric bearing instead of Spherical bearing through the task of construction site of 2006. But the normal Elastomeric bearing is optimized for the Highway bridge so it needs the special consideration to satisfy each design condition required by railway bridge. As the result of examination of Elastomeric bearing at the railway bridge construction site, the stress is decreased by effective dispersion of earthquakes and the maintenance fee is also decreased.
The railway bridge of the domestic still has been used steel base such as sperical bearing and pot bearing widely. However, the bearing of steel series is occured corrosion frequently, reduced durability and raised maintenance cost excessively due to the nature of the material. If the elastomeric bearing which is widely used in highway bridge is applied to the railway bridge, it will be able to compensate this defect a lot. In order to apply to the railway bridge used for highway bridge, is needed the control of the bridge ends deflection, lateral displacement and negative reaction. Therefore, the elastomeric bearing can be applied to the railway bridge enough, if installed negative reaction key for control of the bridge ends deflection, improved shear wedge performance for control of the lateral force, adjust the thickness of the elastomeric pad for the minimize deflection, in addition, can be economic design of sub-structures due to damping effect.
The effects on structures caused by the replacement of the bridge bearings are investigated in this study. The bearings of the bridge are seriously deteriorated because of the breakage of lower concrete and the corrosion of the bearing itself. Also, the negative reaction states are created at some bearings on the abutment. Then, the bridge has occurred excessive vibrations and severe noise and impact whenever heavy trucks pass the above joints. The existing bearings are replaced using the adjustable bearing. The height of the bearings is adjusted to minimize the level difference of above joint and also to induce the appropriate distribution of live loads The effects of replacing the bearings are investigated by measuring the behaviors of the bridge without and with replacing works. The results without replacing the bearing show that the distribution of displacements and stresses is distorted in comparison with the analytical results. Also the bridge without replacing the bearing shows that the impact and vibration from the heavy trucks are larger than those with replacing the bearing. Load carrying capacity of the bridge increase about 1.8 times through replacing the bearing. The above results show that the structural performance of the bridge is improved by replacing only bridge bearings.
Due to the sea-crossing bridge span is generally large and main pier pile foundations are located in deep water and carry large vertical load, sea-crossing bridge main pier pile foundations bearing mechanism and load deformation characteristics are still vague. Authors studied the vertical bearing properties of sea-crossing bridge main pier pile foundations through pilot load tests. Large tonnage load test of Qingdao Bay Bridge main pier pile program is designed by using per-stressed technique to optimize the design of anchor pile reaction beam system. Test results show that the design is feasible and effective. This method can directly test bearing capacity of main pier pile foundations, and analysis bearing behaviors from test results of sensors which embedded in the pile. Through test study the vertical bearing properties of main pier pile foundation and compared with the generally short pile, author summarized the main pier pile foundations vertical bearing capacity and the main problem of design and construction which need to pay attention, and provide a reliable basis and experience for sea-crossing bridge main pier pile foundations design and construction.
The purpose of this study is to evaluate the dynamic behavior of highway bridge due to moving vehicle load, considering the effect of laminated rubber bearing. Dynamic behaviors of bridge considering the effect of bearings are studied with 3-dimensional bridge and vehicle models. To analyze the effect of bearings on the dynamic behaviors of superstructures of bridges, laminated rubber bearing is modeled as 3-dimensional frame element with equivalent stiffness and damping, and the models are included in the bridge analysis model. The results from the analytical models with laminated rubber bearing show a significant effects on dynamic responses and more complex vibration characteristics compared with the results from the bridge with pot bearings. Generally, larger dynamic amplification factors are obtained in the case of laminated rubber bearing, which is mainly due to the smaller torsional stiffness of the bridge with laminated rubber bearing. It can be recommended that were careful consideration on the vibration of bridges and dynamic load allowance in design are needed when adopting laminated rubber bearing.
Bridge bearings are important connection elements between bridge superstructures and substructures, whose health states directly affect the performance of the bridges. This paper systematacially presents a new method to identify the bridge bearing damage based on the neural network theory. Firstly, based on the analysis of different damage types, a description of the bearing damage is introduced, and a uniform description for all the damage types is given. Then, the feasibility and sensitivity of identifying the bearing damage with bridge vibration modes are investigated. After that, a Radial Basis Function Neural Network (RBFNN) is built, whose input and output are the beam modal information and the damage information, respectively. Finally, trained by plenty of data samples formed by the numerical method, the network is employed to identify the bearing damage. Results show that the bridge bearing damage can be clearly reflected by the modal information of the bridge beam, which validates the effectiveness of the proposed method.
In this paper, the bearing capacity of a non-eccentric and eccentric tubular, concrete-filled, steel bridge pier was studied through the finite element method. Firstly, to verify the validity of the numerical analysis, the finite element analysis of four steel tube columns with concrete in-fill was carried out under eccentric loading and horizontal cyclic loading. The analytical results were compared with experimental data. Secondly, the effects of the eccentricity of the vertical loading on the seismic performance of these eccentrically loaded steel tubular bridge piers were considered. According to the simulated results, with increasing eccentricity ratio, the bearing capacity on the eccentric side of a steel tubular bridge pier (with concrete in-fill) is greatly reduced, while the capacity on the opposite side is improved. Moreover, an empirical formula was proposed to describe the bearing capacity of such bridge piers under non-eccentric and eccentric load. This will provide theoretical evidence for the seismic design of the eccentrically loaded steel tubular bridge piers with concrete in-fill.
A common hydraulic jack using brdige retrofit has a problem of increasing cost and time of construction to construct additionally temporary bent or concrete bracket, in case of insufficiency work space and release hydraulic pressure. To solve the problem, this technique is developed to alternate the bridge bearing in adequate inspection condition. After control maximum lift-height and minimum lift-force of no damage to super structure, the constructive technique is to alternate and repair the bridge bearing using the wedge jack with bridge bearing ability that is no release hydraulic pressure stopper, and able to reuse separable cylinder.
국내의 설계지진은 상대적으로 작은규모 이지만 일점고정 연속교에 있어서는 지진시 교축방향의 고정지점에 상부구조의 모든 관성력이 집중됨에 따라 그 교각과 기초구조에는 상당히 큰 교축방향 수평력이 작용하게 된다. 기존의 교량의 내진설계 방법에서는 교각의 비탄성거동에 의존하는 수정응답계수를 사용하여 교각의 설계하중을 낮추어 설계에 사용하고 있으나 이는 교각의 비탄성거동으로 인한 손상과 그에 따른 큰 상부구조의 변위를 초래할 가능성이 있다. 본 연구에서는 내진분리베어링이 설치된 교량의 비선형 동적 방법을 제시하고 대표적인 내진분리베어링인 lead-rubber 베어링을 고정받침대신 사용하였을 경우 국내 설계 응답스펙트럼에 상응하는 지반운동하에서 교량의 응답특성을 살펴보았다. 내진분리베어링이 설치된 교량의 비선형 동적해석을 통해 1초이하 주기의 교량에 있어서 lead-rubber 베어링의 사용은 상당한 교축방향의 수평력 감소효과를 가져오며 상부구조의 수평변위도 그리 크지 않음을 보였다. 따라서 교량의 내진설계시 내진분리베어링의 사용으로 경제성과 내진안전성을 동시에 얻을 수 있을 것이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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