Generally, cable-stayed bridges are both statically indeterminate structure with a high degree of redundancy and flexible structure. So it is very important to ensure precision control during both fabrication and construction. In precision control of cable-stayed bridges, precision control under multi-objective programming method is needed, because precision control problem of cable-stayed bridges is a multi-objective programming problem in which many objective functions are regard as variables. In previous studies, it was regarded as a single-objective problem, so it had many problems in respect of usefulness and rationalness. In this study, precision control under multi-objective programming method is proposed considering economy, efficiency, and safety at best in precision control of cable-stayed bridges. Precision control problem of cable-stayed bridges is formulated with satisfying trade-off method which is a kind of multi-objective programming method, then it is optimized with min-max method. A computer program is presented including above process.
A design procedure of stabilizing cable is proposed using buffeting analysis to stabilize the seesaw-like motion of the free cantilevered structure of a cable-stayed bridge during its construction. The bridge examined is a composite cable-stayed bridge having a main span length of 500 m. Based on the buffeting analysis, the stress in bare structure exceeded the allowable limit and a set of stabilizing cable was planned to mitigate the responses. The most efficient positions of the hold-down stabilizing cables were numerically investigated by means of an FE-based buffeting analysis and the required dimensions and pretension of the stabilizing cables were also calculated. The proposed stabilizing measure would be expected to secure the aerodynamic safety of a cantilevered structure under construction with considerable mitigation of buffeting responses.
Cables are used in many applications such as cable-stayed bridges, suspension bridges, transmission lines, telephone lines, etc. Generally, the linear relationship is inadequate to present the behavior of cable structure. In finite element analysis, cables have always been modeled as truss elements. For these types of model, the nonlinear behavior of cables has been always ignored. In order to investigate the importance of the nonlinear effect on the structural system, the effect of cable stiffness has been studied. The nonlinear behavior of cable is due to its sag. Therefore, the cable pretension provides a large portion of the inherent stiffness. Since a cable-stayed bridge has numerous degrees of freedom, analytical methods at present are not convenient to solve this type of structures but numerical methods may be feasible. It is necessary to provide a different and more representative analytical model in order to present the effect of cable stiffness on cable-stayed bridges in numerical analysis. The characteristics of cable deformation have also been well addressed. A formulation of modified modulus of elasticity has been proposed using a numerical parametric study. In order to investigate realistic bridges, a cable-stayed bridge having the geometry similar to that of Quincy Bayview Bridge is considered. The numerical results indicate that the characteristics of the cable stiffness are strongly nonlinear. It also significantly affects the structural behaviors of cable-stayed bridge systems.
A cable stayed bridge under construction has low structural damping and is not as stable as the completed bridge. Control countermeasures, such as the installation of energy dissipating devices, are thus required. In this study, the general procedure and key issues on adopting an active control device, the active mass damper (AMD), for vibration control of cable stayed bridges under construction were studied. Taking a typical cable stayed bridge as the prototype structure; a lab-scale test structure was designed and fabricated firstly. A baseline FEM model was then setup and updated according to the modal parameters measured from vibration test on the structure. A numerical study to simulate the bridge-AMD control system was conducted and an efficient LQG-based controller was designed. Based on that, an experimental implementation of AMD control of the transverse vibration of the bridge model was performed. The results from numerical simulation and experimental study verified that the AMD-based active control was feasible and efficient for reducing dynamic responses of a complex structural system. Moreover, the discussion made in this study clarified some critical problems which should be addressed for the practical implementation of AMD control on real cable-stayed bridges.
Flutter stability is one of major concerns on the design of long-span cable-stayed bridges. Considering the geometric nonlinearity of cable-stayed bridges and the effects due to the nonlinear wind-structure interactions, a nonlinear method is proposed to analyze the flutter stability of cable-stayed bridges, and a computer program NFAB is also developed. Taking the Jingsha bridge over the Yangtze River as example, parametric analyses on flutter stability of the bridge are carried out, and some important design parameters that affect the flutter stability of cable-stayed bridges are pointed out.
The traditional design procedure of a prestressed concrete (PC) cable-stayed bridge is complex and time-consuming. The designers have to repeatedly modify the configuration of the large number of design parameters to obtain a feasible design scheme which maybe not an economical design. In order to efficiently achieve an optimum design for PC cable-stayed bridges, a multi-parameter optimization technique is proposed. In this optimization technique, the number of prestressing tendons in girder is firstly set as one of design variables, as well as cable forces, cable areas and cross-section sizes of the girders and the towers. The stress and displacement constraints are simultaneously utilized to ensure the safety and serviceability of the structure. The target is to obtain the minimum cost design for a PC cable-stayed bridge. Finally, this optimization technique is carried out by a developed PC cable-stayed bridge optimization program involving the interaction of the parameterized automatically modeling program, the finite element structural analysis program and the optimization algorithm. A low-pylon PC cable-stayed bridge is selected as the example to test the proposed optimization technique. The optimum result verifies the capability and efficiency of the optimization technique, and the significance to optimize the number of prestressing tendons in the girder. The optimum design scheme obtained by the application can achieve a 24.03% reduction in cost, compared with the initial design.
This paper presents a non-destructive testing method for estimating the structural response of cable-stayed footbridges. The approach combines field measurements with a numerical static analysis of the structure. When the experimental information concerning the structure deformations is coupled with the numerical data on the structural response, it is possible to calculate the static forces and the design tension resistance in selected structural elements, and as a result, assess the condition of the entire structure. The paper discusses the method assumptions and provides an example of the use of the procedure to assess the load-carrying capacity of a real steel footbridge. The proposed method can be employed to assess cable-stayed structures including those made of other materials, e.g., concrete, timber or composites.
This paper investigates the change of structural characteristics of steel cable-stayed bridges after cable failure. Cables, considered as the intermediate supports of cable-stayed bridges, can break or fail for several reasons, such as fire, direct vehicle clash accident, extreme weather conditions, and fatigue of cable or anchorage. Also, the replacement of cables can cause temporary disconnection. Because of the structural characteristics with various geometric nonlinearities of cable-stayed bridges, cable failure may cause significant change to the structural state and ultimate behavior. Until now, the characteristics of structural behavior after cable failure have rarely been studied. In this study, rational cable failure analysis is suggested to trace the new equilibrium with structural configuration after the cable failure. Also, the sequence of ultimate analysis for the structure that suffers cable failure is suggested, to study the change of ultimate behavior and load carrying capacity under specific live load conditions. Using these analysis methods, the statical behavior after individual cable failure is studied based on the change of structural configuration, and distribution of internal forces. Also, the change of the ultimate behavior and load carrying capacity under specific live load conditions is investigated, using the proposed analysis method. According to the study, significant change of the statical behavior and ultimate capacity occurs although just one cable fails.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.25
no.4_2
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pp.587-594
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2022
In the 2000s, a lot of cable-type grand bridges are being built in consideration of economic aspects such as the reduction of logistics costs and the distribution of traffic volume due to rapid economic development. In addition, because the recently installed grand bridges are designed in an aesthetic form that matches the surrounding environment as well as the original function of the road bridge, and serves as a milestone in an area and is used as an excellent tourism resource, attracting many vehicles and people, there is an urgent need for a safety structure that can ensure the safety of not only vehicles but also people. In order to make cable-stayed bridge safe on wind for additional five safety structures, main girder models with and without safety structures for wind-tunnel experiments was made, and wind tunnel experiments was carried out to measure aerodynamic force coefficients. Also, wind-resistant analyses of 3D cable-stayed bridge were performed on the basis of wind-tunnel experiment results. From the wind tunnel experiments for the aerodynamic force coefficients of main girder with five safety structures and the wind resistant analyses of cable-stayed bridge without safety structure and with safety structure, it was concluded that the best form of wind-resistant safety was shown in the order of mesh, standard, bracing, hollow, and closed type. And wind-resistant safety of cable-stayed bridge with hollow and closed type on design wind speed 68.0m/sec was not secured. Finally, as five safety structures are installed, maximum rate of stress increments was shown in the order of steel main beam, steel floor beam, concrete floor beam and cables.
Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction
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v.35
no.4
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pp.167-174
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2019
Cable-stayed structures provide a lot of possibilities toward the development of innovative structural forms regarding their expressiveness and uniqueness. Such cable-stayed structures, as form-active structures, can obtain a family of alternatives by changing parameters for defining geometric shapes. The concept of graphic statics is utilized to explain the relationship between the load path and structural forms because the load path of cable structures has something to do with their structural geometry. Moreover, this structural geometry has a dominant effect on both structural efficiency and structural elegancy. The proposed design method in this study will help designers conceive innovative structural forms considering structural safety, material efficiency, and structural art altogether.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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