This paper presents a new cost-effective hybrid GFRP-Concrete deck system that the GFRP panel serves as both tensile reinforcement and stay-in-place form. In order to understand the fatigue behavior of such hybrid deck, fatigue test on a full-scale specimen under sagging moment was conducted, and a series of static tests were also carried out after certain repeated loading cycles. The fatigue test results indicated that such hybrid deck has a good fatigue performance even after 3.1 million repeated loading cycles. A three-dimensional finite element model of the hybrid deck was established based on experimental work. The results from finite element analyses are in good agreement with those from the tests. In addition, flexural fatigue analysis considering the reduction in flexural stiffness and modulus under cyclic loading was carried out. The predicted flexural strength agreed well with the analytical strength from finite element simulation, and the calculated fatigue failure cycle was consistent with the result based on related S-N curve and finite element analyses. However, the flexural fatigue analytical results tended to be conservative compared to the tested results in safety side. The presented overall investigation may provide reference for the design and construction of such hybrid deck system.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2003.05a
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pp.524-529
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2003
This paper presents a experimental structural performance of steel-concrete hybrid bridge deck, which has studs to connect steel plate and concrete and T beam to improve structural performance, by steel plate shape, studs and load location. It proved that steel-concrete hybrid deck has a high structural performance and lightweight due to the efficient use of steel plate as a structural member, which has only used as formwork. In failure mode, few specimen failed at punching shear and many specimen at concrete crushing, therefore proved it has sufficient stability to punching shear which is the most frequent damage of bridge deck. Steel-concrete hybrid deck of plane steel plate has a high structural performance, and that of corrugated steel plate has a high reduction of weight.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.15
no.6
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pp.100-109
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2011
Recently, the concrete-steel hybrid extradosed bridge has been proposed as alternative bridge type at long span site. The hybrid extradosed bridge adopts light orthogonal deck girder instead of heavy concrete deck girder at the center span of bridge, and it enables to construct long-span bridge. And also, for this bridge type the decrease of self-weight of girder enables to reduce girder depth and side span length of extradosed bridge, so its type has more efficient structural behavior and makes it possible to perform optimal bridge design. Therefore, it is very important to set up the procedure and parameters of optimal design for concrete-steel hybrid extradosed bridge. In this study, the effects of design parameters (the variation of pylon height, bridge deck depth and orthogonal deck girder length) are discussed. And numerical analysis and sensitivity analysis are carried out according to these parameters. And design weight values about these parameters are quantitatively suggested to reflect characteristics of concrete-steel hybrid bridge.
Ji, Hyo-Seon;Chun, Kyung-Sik;Park, Dae-Yong;Son, Byung-Jik
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.2
no.3
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pp.12-17
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2011
This paper presents the flexural behavior of a hybrid Glass Fiber-Reinforced Polymer(GFRP)-steel decks for use in deteriorated bridge decks replacement. Static load tests were conducted to investigate the structural characteristics of the hybrid FRP-steel deck. The tested deck panel satisfied the design criteria. The failure mode of the hybrid deck was demonstrated ductility with deformation beyond initial yielding. The responses were compared with the ANSYS finite element predictions. It was found that the presented hybrid deck was efficient for use in bridges. The thickness of the hybrid deck may be decreased when compared to that of the all FRP deck with similar flexural rigidity.
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.4
no.4
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pp.30-36
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2013
Partially earth anchored (PEA) can improve the structural safety and economic feasibility of multiple span cable stayed bridge (CSB). The PEA-CSB can restrain axial compressive load acting on a tower and reduce the global buckling length of a stiffened girder. For these reasons, structural members subject to axial forces can be effectively utilized and material quantity required for a steel deck can be reduced to save construction cost. In this study, the PEA system was verified for its application on a multiple span CSB. The CSB is a four-tower multi-span bridge which has a main span length of 500 m. As high tensile stress was generated at the top of the bridge decks at the mid-span between two main columns, a hybrid deck system for enhancing the bridge deck sections was proposed. While the composite sections made of concrete and steel were used near to the main columns, steel sections were used at the mid-span between two main columns.
Since the coefficients of thermal expansion (CTE) between concrete and GFRP, steel and GFRP are quite different, GFRP laminates with different laminas stacking-sequence present different thermal behavior and currently there is no specification on mechanical properties of GFRP laminates, it is necessary to investigate the thermal influence on composite girder with stay-in-place (SIP) bridge deck at different levels and on different scales. This paper experimentally and theoretically investigated the CTE of GFRP at lamina's and laminate's level on micro-mechanics scales. The theoretical CTE values of laminas and laminates agreed well with test results, indicating that designers could obtain thermal properties of GFRP laminates with different lamina stacking-sequence through micro-mechanics methods. On the basis of the CTE tests and theoretical analysis, the thermal behaviors of composite girder with hybrid GFRP-concrete deck were studied numerically and theoretically on macro-mechanics scales. The theoretical results of concrete and steel components of composite girder agreed well with FE results, but the theoretical results of GFRP profiles were slightly larger than FE and tended to be conservative at a safety level.
This study describes the basic concept and the applicability of Hybrid Reinforcement System using conventional steel reinforcing bars and Fiber Reinforced Polymer bars. The concrete bridge decks are assumed to be supported by beams and reinforced with two layers of reinforcing bars. In concrete bridge deck using HRS, the top tensile force for negative moment zone on beam supports is assumed to be resisted by FRP reinforcing bars, and the bottom tensile force for positive moment zone in the middle of hem supports is assumed to be resisted by conventional steel reinforcing bars, respectively. The FRP reinforcing bars are non-corrosive. Thus, the steel reinforcement is as far away as possible from the top surface of the deck and protected from intrusion of corrosive agent. HRS concrete bridge deck has sufficient ductility at ultimate state as the following reasons; 1) FRP bars have lower elastic modulus and higher ultimate strain than steel re-bars have, 2) FRP bars have lower ultimate strain if provided higher reinforcement ratio, 3) ultimate strain of FRP bars can be reduced if FRP bars are unbonded. Test results showed that FRP and HRS concrete slabs are not failed by FRP bar rupture, but failed by concrete compression in the range of ordinary reinforcement ratio. Therefore, in continuous concrete bridge deck using HRS, steel reinforcing bars for positive moment yield and form plastic hinge first and compressive concrete fail in the bottom of supports or in the top of the middle of supports last. Thus, bridge deck consumes significant inelastic strain energy before its failure.
By taking a cable-stayed-suspension hybrid bridge with main span of 1400 m as example, seismic response of the bridge under the horizontal and vertical seismic excitations is investigated numerically by response spectrum analysis and time history analysis, its seismic performance is discussed and compared to the cable-stayed bridge and suspension bridge with the same main span, and considering the aspect of seismic performance, the feasibility of using cable-stayed-suspension hybrid bridge in super long-span bridges is discussed. Under the horizontal seismic action, the effects of structural design parameters including the cable sag to span ratio, the suspension to span ratio, the side span length, the subsidiary piers in side spans, the girder supporting system and the deck form etc on the seismic performance of the bridge are investigated by response spectrum analysis, and the favorable values of these design parameters are proposed.
Kwon, Soon-Chul;Piyush K. Dutta;Kim, Yun-Hae;Anido, Roberto-Lopez
Journal of Mechanical Science and Technology
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v.17
no.1
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pp.1-10
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2003
This paper summarizes the results of the fatigue test of four composite bridge decks in extreme temperatures (-30$^{\circ}C$ and 50$^{\circ}C$ ). The work was performed as part of a research program to evaluate and install multiple FRP bridge deck systems in Dayton, Ohio. A two-span continuous concrete deck was also built on three steel girders for the benchmark tests. Simulated wheel loads were applied simultaneously at two points by two servo-controlled hydraulic actuators specially designed and fabricated to perform under extreme temperatures. Each deck was initially subjected to one million wheel load cycles at low temperature and another one million cycles at high temperature. The results presented in this paper correspond to the fatigue response of each deck for four million load cycles at low temperature and another four million cycles at high temperature. Thus, the deck was subjected to a total of ten million cycles. Quasi-static load-deflection and load-strain responses were determined at predetermined fatigue cycle levels. Except for the progressive reduction in stiffness, no significant distress was observed in any of the composite deck prototypes during ten million load cycles. The effects of extreme temperatures and accumulated load cycles on the load-deflection and load-strain response of FRP composite and FRP-concrete hybrid bridge decks are discussed based on the experimental results.
A hybrid bridge deck is proposed, which includes steel bars, concrete and glass-fiber-reinforced-polymer (GFRP) plates with channel sections. The steel bar in the negative moment region can increase the flexural stiffness, improve the ductility, and reduce the GFRP ratio. Three continuous decks with different steel bar ratios and a simply supported deck were fabricated and tested to study the mechanical performance. The failure mode, deflection, strain distribution, cracks and support reaction were tested and discussed. The steel bar improves the mechanical performance of continuous decks, and a theoretical method is proposed to predict the deformation and the shear capacity. The experimental results show that all specimens failed with shear failure in the positive moment region. The increase of steel bar ratio in the negative moment region can achieve an enhancement in the flexural stiffness and reduce the deflection without increasing GFRP. Moreover, the continuous deck can achieve a yield load, and the negative moment can be carried by GFRP plates after the steel bar yields. Finally, a nonlinear analytical method for the deflection calculation was proposed and verified, with considering the moment redistribution, non-cracked sections and nonlinearity of material. In addition, a simplified calculation method was proposed to predict the shear capacity of GFRP-concrete decks.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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