In recent years, various research and developments to introduce composite bridges of new concept have been performed. The types of integral bridge and portal rigid frame bridge are having advantages in bridge maintenance and structural efficiency by eliminating expansion joints and bridge supports. However, the detail of typical girder-abutment connection has problems such as complexity of construction and increase of the construction cost. A new type of bridge, called prestress integral composite girder(PIC girder) bridge, is proposed in this study, which decreases the cost of construction and improves the efficiency of construction by simplifying the detail of construction for girder-abutment connection. PIC girder bridge has the connection detail in which the steel girder and the abutment are integrated by using the PS bar installed in the connection. In this study, finite element analysis and mock-up load test are conducted to evaluate the propriety of design, the effective of fabrication and structural safety for PIC girder bridge. The adequacy of the PIC giredr bridge is verified by the results of static/dynamic load test and finite element analyses.
The mechanical behavior of prestressed concrete haunched beams (PSHBs) was investigated in depth using a finite element modeling technique in this study. The efficiency of finite element modeling was investigated in the first stage by taking into account a previous study from the literature. The first stage's findings suggested that finite element modeling might be preferable for modeling PSHBs. In the second stage of the research, a comprehensive parametric study was carried out to determine the effect of each parameter on PSHB load capacity, including haunch angle, prestress level, compressive strength, tensile reinforcement ratio, and shear span to depth ratio. PSHBs and prestressed concrete rectangular beams (PSRBs) were also compared in terms of capacity. Stochastic analysis was used in the third stage to define the uncertainty in PSHB capacity by taking into account uncertainty in geometric and material parameters. Standard deviation, coefficient of variation, and the most appropriate probability density function (PDF) were proposed as a result of the analysis to define the randomness of capacity of PSHBs. In the study's final section, a new equation was proposed for using symbolic regression to predict the load capacity of PSHBs and PSRBs. The equation's statistical results show that it can be used to calculate the capacity of PSHBs and PSRBs.
Structural seismic tests usually need to simulate the gravity load borne by the structure, the gravity load application devices should keep the force value and direction unchanged, and can adapt to the structural deformation. At present, there are two main ways to simulate gravity load in laboratory: roller group and prestress. However, there are few differential analysis between these two ways in the existing experimental studies. In this paper, the simulation software ABAQUS is used to simulate the static pushover analysis of reinforced concrete column and frame, which are the most common models in structural seismic tests. The results show that the horizontal restoring force of the model using prestressed loading method is significantly greater than roller group, and the difference between the two will increase with the increase of the horizontal deformation. The reason for the difference is that the prestressed loading method does not take the adverse effects of gravity second-order effect (P-Delta effect) into account. Therefore, the restoring force obtained under prestressed loading method should be corrected and the additional shear force caused by P-Delta effect should be deducted. After correction, the difference of restoring force between the two gravity load application methods is significantly reduced (when storey-drift is 1/550, the relative error is within 1%; and when storey-drift is 1/50, the relative error is about 3%). The research results of this research can provide reference for the selection and data processing of gravity load simulation devices in structural seismic tests.
In this study, the explicit numerical algorithm was proposed to simulate the stress erection process and ultimate-load analysis of the strarch (stressed arch) system. The strarch system is a unique and innovative structural system and member prestress comprising prefabricated plane truss frames erected through a post-tensioning stress erection procedure. The flexible bottom chord, which has sleeve and gap details, is closed by the reaction force of the prestressing tendon. The prestress imposed on the tendon will enable the strarch system to be erected. This post-tensioning process is called "stress erection process." During this process, plastic rigid-body rotation occurs to the flexible top chord due to the excessive amount of plastic strain, and the structural characteristic is unstable. In this study, the dynamic relaxation method (DRM) was adopted to calculate the nonlinear equilibrium equation of the system, and a displacement-based finite-element-formulated filament beam element was used to simulate the nonlinear behavior of the top chord sections of the strarch system. The section of the filament beam element was composed by the amount of filaments, which can be modeled by various material models. The Ramberg-Osgood and bilinear kinematic elastic plastic material models were formulated for the nonlinear material behaviors of the filaments. The numerical results that were obtained in the present study were compared with the experiment results of the stress erection and with the results of the ultimate-load analysis of the strarch unit frame. The results of the present studies are in good agreement with the previous experiment results, and the explicit DRM enabled the analysis of the post-buckling behaviors of the strarch unit frame.
Kim, Hyun-Woo;Kim, Jae-Min;Choi, Song-Yi;Park, Sung-Yong;Lee, Hwan-Woo
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.28
no.6
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pp.699-706
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2015
This paper presents results of one-year monitoring on prestressing force of a 7-wire steel post-tensioning strand which is installed in a UHPC(ultra high performance concrete) bridge with 11.0 m long, 5.0 m wide, and 0.6 m high by using a FBG-encapsulated 7-wire steel strand. The initial prestressing forces and the prestress changes during a vehicle load test were measured using the FBG-encapsulated strand. The results show that the FBG-encapsulated 7-wire strand is very effective for monitoring the prestress forces even the change in the tension force is very small. Additionally, it was indicated that selection of the thermal expansion coefficient which is used for the temperature correction shall be carefully carried out.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.18
no.1
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pp.101-110
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2014
Expansion agent is a very effective admixture for prevention of cracking due to autogenous/drying shrinkage and this can induce internal chemical prestress to embedded reinforcement. In this paper, tension-softening and hardening in cement mortar with steel and CSA expansion agent are experimentally evaluated. Cement mortar with steel reinforcement is prepared and tensile strength test is performed for evaluation of cracking and tensile behavior. In spite of slightly reduced strength and elasticity in CSA mortar, significantly increased tension-hardening behavior is evaluated in CSA mortar with induced chemical prestress. Furthermore previous tension softening models are compared with the test results and improvement are proposed.
Park, Soon-Hyung;Kim, Yong-Tae;Youn, Seok-Goo;Kim, Eun-Kyum
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.04a
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pp.309-312
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2008
This paper describes ultimate load tests which were performed to show the effects of prestress loss and tendon corrosion on the flexural strength of post-tensioned concrete beams and the occurrence of wire fracture. Five test specimens were fabricated in laboratory with the variations of the prestress of tendons and the loss of tendon area. For two specimens, small area of tendon at the center of the beam was exposed by using diameter 25mm drill and the exposed tendon was corroded using accelerated corrosion equipment. During the tests, deflections, crack width, and strain changes were measured and acoustic events were monitored with two acoustic sensors. Tests results show that the ultimate flexural strength of test specimens with corroded tendons is smaller than the predicted flexural strength which is calculated considering the loss of tendon area. It is considered that estimation of flexural strength of PSC beams with corroded tendons is very complicated just based on the loss of tendon area obtained by one-side visual inspection.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.14
no.1
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pp.49-62
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1994
An analysis method for the time-dependent nonlinear analysis of segmentally erected planar prestressed concrete cable-stayed bridges was described. To account for the time-dependent effects, load history, creep, shrinkage. aging of concrete and relaxation of prestress were considered. Changes in boundary conditions and loads, installing and removing frame elements, stressing, restressing and removing cables and prestressing tendons were incorporated for modeling segmental erection operations. One typical example on segmentally erected prestressed concrete cable-stayed bridge was presented to illustrate the analysis method. Results of this example show that it is important to follow the development of stresses and deformations at all stages of construction to predict the true response of the bridge through its various load history.
An equivalent friction element is proposed to simulate the friction in cable-strut joints. Equivalent stiffness matrixes and load vectors of the friction element are derived and are unified into patterns for FEM by defining a virtual node specially to store internal forces. Three approaches are described to verify the rationality of the new equivalent friction element: applying the new element in a cable-roller model, and numerical solutions match well with experimental results; applying the element in a continuous sliding cable model, and theoretical values, numerical and experimental results are compared; and the last is applying it in truss string structures, whose results indicate that there would be a great error if the cable of cable supported structures is simulated with discontinuous cable model which is usually adopted in traditional finite element analysis, and that the prestress loss resulted from the friction in cable-strut joints would have adverse effect on the mechanical performance of cable supported structures.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.13
no.5
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pp.85-98
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1993
A method of analysis for the material and geometric nonlinear analysis of planar prestressed concrete cable-stayed bridges including the time-dependent effects due to load history, creep, shrinkage, aging of concrete and relaxation of prestress is described. The analysis procedure, based on the finite element method, is capable of predicting the response of these structures through elastic, cracking, inelastic and ultimate ranges. The nonlinear formulation for the description of motion is based on the updated Lagrangian approach. To account for the material nonlinearity, nonlinear stress-strain relationship and cracking of concrete, nonlinear stress-strain relationships of reinforcing steel, prestressing steel, and cable, including load reversal are given. Results from a numerical examples on ultimate analyses of cable-stayed bridges are presented to illustrate the analysis method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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