The effect of mean angle of wind attack on the flutter critical wind speed of two generic bridge deck cross-sections, viz, one closed box type streamlined section (deck-1) and closed box trapezoidal bluff type section with extended flanges/overhangs (deck-2) type of section have been studied using Computational Fluid Dynamics (CFD) based forced vibration simulation method. Owing to the importance of the effect of the amplitude of forcing oscillation on the flutter onset, its effect on the flutter derivatives and flutter onset have been studied, especially at non-zero mean angles of wind attack. The flutter derivatives obtained have been used to evaluate flutter critical wind speeds and flutter index of the deck sections at non-zero mean angles of wind attack studied and the same have been validated with those based on experimental results reported in literature. The value of amplitude of forcing oscillation in torsional degree of freedom for CFD based simulations is suggested to be in the range of 0.5° to 2°, especially for bluff bridge deck sections. Early onset of flutter from numerical simulations, thereby conservative estimate of occurrence of instability has been observed from numerical simulations in case of bluff bridge deck section. The study aids in gaining confidence and the extent of applicability of CFD during early stages of bridge design, especially towards carrying out studies on mean incident wind effects.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2002.04a
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pp.241-248
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2002
Due to many advantages such as light weight, fast installation, high durability, composite bridge deck is considered to be one of the promissing alternatives to concrete bridge deck. The paper presents procedures of finite element analysis and laminate design for composite bridge deck of triangular shape for DB24 load. After design of the section glass reinforced composite deck tube of double triangular section with 200mm profile was fabricated with pultrusion and the procedure are presented.
Presented herein is a numerical study for evaluating the aerodynamic behaviour of equipped bridge deck sections. In the first part, the method adopted is described, in particular concerning turbulence models, meshing requirements and numerical approach. The validation of the procedure represents the aim of the second part of the paper: the results of the numerical simulation in case of two-dimensional, steady, incompressible, turbulent flow around a realistic bridge deck are compared to the data collected from wind-tunnel tests. In order to demonstrate the influence of the section details and of the partial streamlining of the deck geometry on its aerodynamic behaviour, in the third part of the paper the effect of the fairings and of each item of equipment of the section (such as central barriers, side railings and sidewalks) is evaluated. The study has been applied to the deck section of the Normandy cable-stayed bridge.
Wind tunnel tests were conducted on a model of deck section from the Ting Kau cable stayed bridge. The purpose of the tests was to determine the set of aerodynamic derivatives conventionally used to describe the motion-induced forces arising from the wind flow, and to investigate the stability of the deck under different conditions of turbulence and angle of attack. The study shows that except for large negative angles of attack the deck section itself is stable up to a high wind speed, and that when instability does occur it is essentially a single degree of freedom (torsional) flutter.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2003.04a
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pp.185-192
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2003
This study presents the Optimum Evaluation of PS Concrete Deck and High Strength Two Plate Girder System. Recently, for the simplification of structure and the long length of bridge, a small number girder bridge which minimized a number of girder by two is much designed and constructed. For the structural analysis, a finite element formulation considering with even the matter of torsion in the three-dimensional problem is presented. And connectively, for the design of optimum section, an algorithm of optimum design is developed. The section of a small number girder bridge which constituted of two girders and PS Concrete Deck is optimized by using optimum program developed in this study. and two girders bridge refered in this study is proved a efficiency and a economy by being compared and checked to the general plate girder bridge with five girder and Reinforced Concrete Deck.
In a wind tunnel experiment employing a reduced scale model, Reynolds number (Re) can hardly be respected. Its effects on the aerodynamics of closed-box bridge decks have been the subject of research in recent years. Stonecutters Bridge in Hong Kong is a cable-stayed bridge having an unprecedented central span of 1018m. The issue of Re sensitivity was raised early in the design phase of the deck of Stonecutters Bridge. The objective of this study is to summarise the results of various wind tunnel experiments in order to demonstrate the effect of Re on the steady state aerodynamic force coefficients. The results may provide an insight on the choice of scale for section model experiments in bridge design projects. Computational Fluid Dynamics (CFD) analysis of forces on bridge deck section was also carried out to see how CFD results are compared with experimental results.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.1A
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pp.35-43
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2006
In this paper, procedures and research results involved in the development of glass reinforced composite bridge deck of hollow section were presented. Laminate design for the 3 cell deck section was performed. Structural characteristics such as serviceability, strength, failure and stability for DB24 load were analytically studied through the finite element analysis for the composite deck plate girder bridge. Composite deck tube was fabricated with pultrusion and extensive tests such as flexural test, girder-connection test, barrier-connection test, compression fatigue test and flexural fatigue test were carried out to evaluate structural behavior experimentally. Also, field load test was conducted for the demonstration plate girder bridge with composite deck and requirements for the strength and serviceability were reviewed.
Vertical stabilizer plates have been found to be an effective aerodynamic measure to improve the aerodynamic stability of bridges either with an open cross section or with a streamlined box cross section in wind tunnel testings and have been adopted in some long span bridges. By taking an open deck II-shaped section and a closed box section as examples, the mechanism of vertical stabilizer plates for improving aerodynamic stability are investigated by using numerical simulation based on Random Vortex Method. It is found that vertical stabilizer plates can increase the amplitude of the heaving motion, and decrease that of the rotational motion of the bridge decks.
Boules, Philopateer F.;Mehanny, Sameh S.F.;Bakhoum, Mourad M.
Structural Engineering and Mechanics
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v.68
no.1
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pp.67-80
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2018
Recently, U-section decks have been more and more used in metro and light rail bridges as an innovative concept in bridge deck design and a successful alternative to conventional box girders because of their potential advantages. U-section may be viewed as a single vent box girder eliminating the top slab connecting the webs, with the moving vehicles travelling on the lower deck. U-section bridges thus solve many problems like limited vertical clearance underneath the bridge lowest point, besides providing built-in noise barriers. Beam theory in mechanics assumes that plane section remains plane after bending, but it was found that shearing forces produce shear deformations and the plane section does not remain plane. This phenomenon leads to distortion of the cross section. For a box or a U section, this distortion makes the central part of the slab lagging behind those parts closer to the webs and this is known as shear lag effect. A sample real-world double-track U-section metro bridge is modelled in this paper using a commercial finite element analysis program and is analysed under various loading conditions and for different geometric variations. The three-dimensional finite element analysis is used to demonstrate variations in the transverse bending moments in the deck as well as variations in the longitudinal normal stresses induced in the cross section along the U-girder's span thus capturing warping and shear lag effects which are then compared to the stresses calculated using conventional beam theory. This comparison is performed not only to locate the distortion, warping and shear lag effects typically induced in U-section bridges but also to assess the main parameters influencing them the most.
The presence of traffic on a slender long-span bridge deck will modify the cross-section profile of the bridge, which may influence the flutter derivatives and in turn, the critical flutter wind velocity of the bridge. Studies on the influence of vehicles on the flutter derivatives and the critical flutter wind velocity of bridges are rather rare as compared to the investigations on the coupled buffeting vibration of the wind-vehicle-bridge system. A typical streamlined cross-section for long-span bridges is adopted for both experimental and analytical studies. The scaled bridge section model with vehicle models distributed on the bridge deck considering different traffic flow scenarios has been tested in the wind tunnel. The flutter derivatives of the modified bridge cross section have been identified using forced vibration method and the results suggest that the influence of vehicles on the flutter derivatives of the typical streamlined cross-section cannot be ignored. Based on the identified flutter derivatives, the influence of vehicles on the flutter stability of the bridge is investigated. The results show that the effect of vehicles on the flutter wind velocity is obvious.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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