Xia, Chaoyi;Wang, Kunpeng;Huang, Jiacheng;Xia, He;Qi, Lin;Wu, Xuan
Structural Engineering and Mechanics
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v.81
no.1
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pp.69-79
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2022
The dynamic responses of a pier-pile-soil system subjected to a barge/flotilla collision are analyzed. A coupled high-speed train and bridge system with a damaged pier after barge/flotilla collision is established by taking the additional unevenness of the track induced by the damaged pier as the self-excitation of the system. The whole process of a CRH2 high-speed train running on the 6×32 m simply-supported PC (prestressed concrete) box-girder bridge with a damaged pier is simulated as a case study. The results show that the lateral displacements and accelerations of the bridge with a damaged pier are much greater than the ones before the collision. The running safety indices of the train increase with the train speed as well as with the number of barges in the flotilla. In flotilla collision, the lateral wheel/rail forces of the train exceed the allowable values at a certain speed, which influences the running safety of the trains.
Yi-Fan Li;Wen-Yu He;Wei-Xin Ren;Gang Liu;Hai-Peng Sun
Smart Structures and Systems
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v.32
no.5
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pp.297-308
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2023
Dynamic deflection is important for evaluating the performance of a long-span cable-stayed bridge, and its continuous measurement is still cumbersome. This study proposes a dynamic deflection monitoring method for cable-stayed bridge based on Bi-directional Long Short-term Memory (BiLSTM) neural network taking advantages of the characteristics of spatial variation of cable acceleration response (CAR) and main girder deflection response (MGDR). Firstly, the relationship between the spatial and temporal variation of the CAR and the MGDR is described based on the geometric deformation of the bridge. Then a data-driven relational model based on BiLSTM neural network is established using CAR and MGDR data, and it is further used to monitor the MGDR via measuring the CAR. Finally, numerical simulations and field test are conducted to verify the proposed method. The root mean squared error (RMSE) of the numerical simulations are less than 4 while the RMSE of the field test is 1.5782, which indicate that it provides a cost-effective and convenient method for real-time deflection monitoring of cable-stayed bridges.
The aerodynamic damping is an essential factor that can considerably affect the dynamic response of the cable-stayed bridge induced by crosswind load. However, developing an accurate and efficient aerodynamic damping model is crucial for evaluating the crosswind load-induced response on cable-stayed bridges. Therefore, this study proposes a new method for identifying aerodynamic damping of the bridge structures under crosswind load using an extended Kalman filter (EKF) and the particle filter (PF) algorithm. The EKF algorithm is introduced to capture the aerodynamic damping ratio. PF technique is used to select the optimal spectral representation of the noise. The effectiveness and accuracy of the proposed solution were investigated through full-scale vibration measurement data of the crosswind-induced on the bridge's girder. The results show that the proposed solution can generate an efficient and robust estimation. The errors between the target and extracted values are around 0.01mm and 0.003^o, respectively, for the vertical and torsional motion. The relationship between the amplitude and the aerodynamic damping ratio is linear for small reduced wind velocity and nonlinear with the increasing value of the reduced wind velocity. Finally, the results show the influence of the level of noise.
Han, Sang Yun;Park, Nam Hoi;Yoon, Ki Young;Kang, Young Jong
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.16
no.3
s.70
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pp.325-332
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2004
Cross sections of steel-plate girder bridges are divided into three cross sections of non-composite, partially composite, and fully composite sections, according to their composite characteristics. The Korean provision for the partially and fully composite sections specifies general usage of the stud of shear connectors, whereas the one for the non-composite section specifies empirical usage of slab anchors. However, the actual behavior of the cross sections of steel-plate girder bridges using slab anchors is close not to the non-composite action, but to the partially composite action. Therefore analytical and experimental studies on partial composites of steel-plate girder bridges using slab anchors are performed in this study. Intial stiffness of the slab anchor is obtained by the experimental study for the first time, and the composite characteristic of simple-span and two-span continuous steel-plate girder bridges is investigated by the finite element analyses for the second time. Based on the obtained initial stiffness, the reduction effect of tensile stresses in the concrete-slab on the intermediate support of the continuous bridge is also considered herein.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.35
no.4
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pp.747-757
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2015
The main purpose of this study is to investigate the static behavior of a horizontally curved prestressed concrete (PSC) girder. A 30m long full-scale curved PSC girder with 80.0m radius is fabricated by a portable curved form system. Deflections and concrete strains at the middle of span were measured. The obtained experimental results have been compared to those from F.E.A. analysis. When a initial crack developed, the applied load was 1.3 times the service design load and the vertical deflection at the middle of span satisfied the requirement for a live load state according to the Korea Bridge Design Specifications (2010). Also, the ductility of the full scale specimen satisfied the limit in the Specifications (2010). To verify the experimental results, a numerical F.E. analysis was carried and confirmed that the data were similar with results from the test above. The horizontally curved PSC girder fabricated on site was found to have enough strength for safety under and after construction.
Kim, Jong-Min;Han, Taek-Hee;Choi, Jun-Ho;Choi, Byung-Ho;Kang, Young-Jong
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.24
no.2
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pp.175-188
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2012
A parametric study for varying the radii of curvature is performed with a curved tub girder bridge having three continuous spans. The bracing forces of top lateral bracings from the results of numerical equations are compared to those of 3-dimensional finite element analyses. New modifying factors applicable in computing the nominal member forces of top lateral bracings were suggested. The numerical equations were derived based on one girder system, and it is shown that the numerical equations exhibit some errors compared with 3D FEA results. The main reason for this phenomenon lies on the number of girders. The twin girder system has an external cross-beam between inner and outer girder. It also has larger lateral stiffness than the single girder system. Finally, the distributions by the torsion, bending, distortion, and lateral loading of the top lateral bracing forces were presented in this paper.
An analytical method to predict the time dependent flexural behavior of composite girder is presented based on sectional analysis. The time dependent constitutive relation accounting for the early-age concrete properties including maturing of elastic modulus, creep and shrinkage is derived in an incremental format by the first order Taylor series expansion. The sectional analysis calculates the axial and curvature strains based on the force and moment equilibriums. The deflection curve of the girder approximated by the quadratic polynomial function is calculated by applying to the proper boundary conditions in the consecutive segments. Numerical applications are made for the 3-span double composite steel box girder which is a composite bridge girder filled with concrete at the bottom of the steel box in the negative moment region. The calculated results are compared with those by finite element analysis results. Close agreement is observed between the two approaches.
The post-flutter state of streamlined steel box girder is studied in this paper. Firstly, the nonlinear aerodynamic self-excited forces of the bridge deck cross section were investigated by CFD dynamic mesh technique and then the nonlinear flutter derivatives were identified on this basis. Secondly, based on the 2-degree-of-freedom (DOF) coupling flutter theory, the torsional amplitude and the nonlinear flutter derivatives were introduced into the traditional direct flutter calculation method, and the original program was improved to the "post-flutter state analysis program" so that it can predict not only the critical flutter velocity but also the movement of the girder in the post-flutter state. Finally, wind tunnel tests were set to verify the method proposed in this paper. The results show that the effect of vertical amplitude on the nonlinear flutter derivatives is negligible, but the torsional amplitude is not; with the increase of wind speed, the post-flutter state of streamlined steel box girder includes four stages, namely, "little amplitude zone", "step amplitude zone", "linearly growing amplitude zone" and "divergence zone"; damping ratio has limited effect on the critical flutter velocity and the steady state response in the post-flutter state; after flutter occurs, the vibration form is a single frequency vibration coupled with torsional and vertical DOF.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.2
no.3
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pp.57-66
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1982
This study is directed toward the statical analysis of the curved girder bridge having irregular supports, This paper is specifically intended to propose an analytical methods in order to obtain the forces and displacements a section of girder bridges for mini-computer design. Transfer matrix, one of the efficient and widly used techniques in the structual analysis for mini-computer, is applied for characteristics of the section of curved girder bridges considering practical applicability of the solution method. Also, by eliminating the terms which contain the central angle of the member, in their denominators it has shown that this solution may also be used for the girder bridges whose axes become straight.
The frequencies formulas of the bridge are of great importance in the design process since these formulas provide insight dynamic characteristics of the structure, which guides the designers to parametric analyses and the layout of the bridge in conceptual or preliminary design. Continuous rigid frame bridge is popular in the mountainous area. Mostly, this type of bridge was simplified either as a girder or cantilever when calculating the frequency, however, studies showed that the different configuration of the bridge made the problem more complex, and there is no unified fundamental calculation pattern for this kind of bridge. In this study, an empirical frequency equation is proposed as a function of pier's height, stiffness of pier and the weight of the structure. A unified fundamental frequency formula is presented based on the energy principle, then the typical continuous rigid frame bridge is investigated by finite element method (FEM) to study the dynamic characteristics of the structure, and then several key parameters are investigated on the effect of structural frequency. These parameters include the number, position and stiffness of the tie beam. Nonlinear regression analyses are conducted with a comprehensive statistical study from plenty of engineering structures. Finally, the proposed frequency equation is validated by field test results. The results show that the fundamental frequency of the continuous rigid frame bridge increases more than 15% when the tie beams are set, and it increases with the stiffness ratio of tie beam to pier. The results also show that the presented unified fundamental frequency has an error of 4.6% compared with the measured results. The investigation can predicate the approximate longitudinal fundamental frequency of continuous ridged frame bridge, which can provide reference for the seismic response and dynamic impact factor design of the pier.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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