Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2003.05a
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pp.427-432
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2003
An analytical method to predict the flexural behavior of composite girder is presented in which the early-age properties of concrete are specified including maturing of elastic modulus, creep and shrinkage. The time dependent constitutive relation accounting for the early-age concrete properties is derived in an incremental format by expanding the total form of stress-strain relation by the first order Taylor series with respect to the reference time. The sectional analysis calculates the axial and curvature strains based on the force and moment equilibriums. The deflection curve of the box 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 girders which is a composite bridge girder filled with concrete at the bottom of the steel box in the negative moment region. The one dimensional finite element analysis results are compared with those of the three dimensional finite element analysis and the analytical method based on the sectional analysis. Close agreement is observed among the three methods.
The management of existing concrete bridges has become a major social concern in many developed countries due to the large number of bridges exhibiting signs of significant deterioration. This problem has increased the demand for effective maintenance and renewal planning. In order to implement an appropriate management procedure for a structure, a wide array of corrective strategies must be evaluated with respect to not only the condition state of each defect but also safety, economy and sustainability. This paper describes a new performance evaluation system for existing concrete bridges. The system evaluates performance based on load carrying capability and durability from the results of a visual inspection and specification data, and describes the necessity of maintenance. It categorizes all girders and slabs as either unsafe, severe deterioration, moderate deterioration, mild deterioration, or safe. The technique employs an expert system with an appropriate knowledge base in the evaluation. A characteristic feature of the system is the use of neural networks to evaluate the performance and facilitate refinement of the knowledge base. The neural network proposed in the present study has the capability to prevent an inference process and knowledge base from becoming a black box. It is very important that the system is capable of detailing how the performance is calculated since the road network represents a huge investment. The effectiveness of the neural network and machine learning method is verified by comparing diagnostic results by bridge experts.
Precast R.C. slabs are being used widely for the construction of bridge structures due to their simplicity in construction processes. However, one of the disadvantages in precast R.C. slabs is the existence of transverse joints between two precast slabs. The transverse joints are structurally fragile and the task of strengthening the joints is difficult one due to their structural discontinuity. The aim of this study was to improve the behavior of transverse joints between precast R.C. slabs by introducing prestress with external cables. Three steel-concrete composite bridge specimens, which were prestressed with the external cables anchored on steel girders, were fabricated in the laboratory. Both pretension and post-tension methods were applied to introduce prestressing on the concrete slab with a straight tendon arrangement. Static tests were conducted at service load and ultimate load test was performed to evaluate punching shear capacity of the transverse joint. In this paper, two prestressing methods were tested and their effects were evaluated with respect to the elastic behavior and ultimate loading capacity of the transverse joints.
Excessively elevated temperature can lead to cracks in prestressed concrete (PC) continuous bridge with box girder on the pier top at cement hydration age. This paper presents a case study for evaluating the behavior of PC box girder during the early hydration age using a two-stage computational model, in the form of computer program ANSYS, namely, 3-D temperature evaluation and determination of mechanical response in PC box girders. A numerical model considering time-dependent wind speed and ambient temperature in ANSYS for tracing the thermal and mechanical response of box girder is developed. The predicted results were compared to show good agreement with the measured data from the PC box girder of the Zhaoshi Bridge in China. Then, based on the validated numerical model three parameters were incorporated to analyze the evolution of the temperature and stress within box girder caused by cement hydration heat. The results of case study indicate that the wind speed can change the degradation history of temperature and stress and reduce peak value of them. The initial casting temperature of concrete is the most significant parameter which controls cracking of PC box girder on pier top at cement hydration age. Increasing the curing temperature is detrimental to prevent cracking.
Huang, Dunwen;Wei, Jun;Liu, Xiaochun;Zhang, Shizhuo;Chen, Tao
Steel and Composite Structures
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v.28
no.1
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pp.39-49
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2018
The concrete bridge decks are usually precast and in-situ assembled with steel girders with post-pouring joint in the construction practice of super-wide steel-concrete composite beam. But the difference of concrete age between the precast slabs and the post-pouring joint has been not yet considered for the long-term performance analysis of this kind composite beam. A simply supported precast-assembled T-shaped beam was taken as an example to analyze the long-term performance of steel-concrete composite beam with post-pouring joint. Based on the deformation coordination conditions of the old-new concrete deck and steel girder, a theoretical model for the long-term behavior of precast-assembled composite beam is proposed in this paper according to age-adjusted effective modulus method. Then, the feasibility of the proposed model is verified by the available test data from the Gilbert's composite beams. Parametric studies were preformed to evaluate the influences of the cross-sectional area ratio of the post-pouring joint to the whole bridge deck, as well as the difference of concrete age between the precast slabs and the post-pouring joint, on the long-term performance of the composite beam. The results indicate that the traditional method without considering the age difference would seriously underestimate the effect of creep and shrinkage of concrete bridge decks. The concrete age difference between the precast slabs and the post-pouring joint should be demonstrated for the life cycle design and long-term performance analysis of precast-assembled steel-concrete composite beams.
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.7
no.2
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pp.151-157
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2019
Concrete bridge constructed in metropolitan cities has different superstructure members like slabs and girders, and their carbonation depths vary with different design strengths and local environmental conditions. In this paper, 54 concrete cores were obtained from prestressed concrete girders and the related tests were performed for compressive strength and carbonation depth measurement. Referred to the specified compressive strength of 24MPa for slab and 35MPa for I-type girder, the strengths from cores were evaluated to 82% and 73% of design grade, respectively. For carbonation depth, the slab member showed 30.6mm of average with 32.9% of COV(Coefficient of Variation) and I-type girder showed 16.7~17.0mm with 22.8~33.6 of COV. The I-type girder has much lower carbonation depth and COV compared to slab member, however it has higher COV than column structures.
Dry shrinkage md temperature change cause to develope concrete bridge decks on main girders have initial unidirectional cracks in longitudinal or transverse direction. As they receive traffic loads, the crack gradually propagate in different directions depending on the concrete dimension and reinforcement ratio. Since existing equations that predict crack width are mostly based on the one directional bond-slip theory, it is difficult to determine the actual crack width of a bridge deck with varying the spacing of rebar or strengthening material and to estimate the improvement rate in serviceability of the strengthened bridge deck. In this study, crack propagation mechanism is identified based on the test results and a new crack prediction equation is proposed for evaluation of serviceability. Although more accurate results are derived using the proposed equation, the extent of error is increased as the strain of the rebar or the strengthening material increases after the yielding of rebar Therefore, further research is required to better predict the crack width after the rebar yields under fatigue loading condition.
Recently, prestressed concrete(PSC) bridge structures with many repetitive spans have been widely constructed using the segmental construction method in many countries. In these segmentally constructed PSC bridges, there exist many construction joints which is required coupling of tendons or overlapping of tendons to introduce continuous prestress through several spans of bridges. The purpose of this paper is to investigate in detail the complicated stress distributions around the tendon coupled joints in prestressed concrete girders. To this end, a comprehensive experimental program has been set up and a series of specimens have been tested to identify the effects of tendon coupling. The present study indicates that the longitudinal and transverse stress distributions of PSC girders with tendon couplers are quite different from those of PSC girders without tendon couplers. It is seen that the longitudinal compressive stresses introduced by prestressing are greatly reduced around coupled joints according to tendon coupling ratios. The large reduction of compressive stresses around the coupled joints may cause deleterious cracking problems in PSC girder bridges due to tensile stresses arising from live loads, shrinkage and temperature effects. The analysis results by finite element method correlate very well with test results observed complex strain distributions of tendon coupled members. It is expected that the results of this paper will provide a good basis for realistic design guideline around tendon coupled joints in PSC girder bridges.
In the replacement of bearing system of bridges, the jacking work to secure work spaces may cause damage of the superstructure, hence the behavior of superstructure by the jacking force must be considered. Especially, in prestressed concrete I-type girder bridges, considering the stress concentration at the girder and the load redistribution of superstructure, the allowable jacking force and jacking sequence have to be determined. In this study, an analytical method is proposed to calculate the jacking force and overall jacking sequence for the replacement of bearing system without any damage to the superstructure. The stress concentration at the girder and load redistribution of the deck due to jacking force are considered to compute the allowable jacking force for each girder and overall jacking sequence for girders in the deck. Using the solution algorithm developed in this study, the optimum jacking sequence and required jacking force for the prestressed concrete I-type gilder bridge having the standard sections are calculated.
The behavior of steel-concrete composite beams is strongly influenced by the type of shear connection between the steel beam and the concrete slab. For accurate analytical predictions, the structural model must account for the interlayer slip between these two components. This paper focuses on a procedure for response sensitivity analysis using state-of-the-art finite elements for composite beams with deformable shear connection. Monotonic and cyclic loading cases are considered. Realistic cyclic uniaxial constitutive laws are adopted for the steel and concrete materials as well as for the shear connection. The finite element response sensitivity analysis is performed according to the Direct Differentiation Method (DDM); its analytical derivation and computer implementation are validated through Forward Finite Difference (FFD) analysis. Sensitivity analysis results are used to gain insight into the effect and relative importance of the various material parameters in regards to the nonlinear monotonic and cyclic response of continuous composite beams, which are commonly used in bridge construction.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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