This paper presents an innovative theoretical and numerical model to predict the lateral-torsional buckling (LTB) of simply supported steel I-beams with external prestressed tendons. The model incorporates an updated prestressing force, accounting for thermal effects and various external loadings. Critical multipliers are determined by solving an eigenvalue problem derived from applying Galërkin's approach to a set of nonlinear equilibrium equations. Validation is carried out through Finite Element Method (FEM) simulations, incorporating a new expression for an equivalent thermal expansion coefficient for the beam-tendon system, addressing both mechanical and thermal deformations. The primary aim is to estimate critical conditions considering material property degradation due to fire. The present results are generally in good agreement with those provided by the literature.
The objective of the present study is to examine the flexural behavior of two-span post-tensioned lightweight aggregate concrete (LWAC) beams using unbonded tendons and the reliability of the design provisions of ACI 318-14 for such beams. The parameters investigated were the effective prestress and loading type, including the symmetrical top one-point, two third-point, and analogous uniform loading systems. The unbonded prestressing three-wire strands were arranged with a harped profile of variable eccentricity. The total length of the beam, measured between both strand anchorages, was 11000 mm. The test results were compared with those compiled from simply supported LWAC one-way members, wherever possible. The ultimate load capacity of the present beam specimens was evaluated by the collapse mechanism of the plasticity theorem and the nominal section moment strength calculated following the provision of the ACI 318-14. The test results showed that the two-span post-tensioned LWAC beams had lower stress increase (Δfps) in the unbonded tendons than the simply supported LWAC beams with a similar reinforcement index. The effect of the loading type on Δfps and displacement ductility was less significant for two-span beams than for the comparable simply supported beams. The design equations for Δfps and Δfps proposed by ACI 318-14 and Harajli are conservative for the present two-span post-tensioned LWAC beams, although the safety decreases for the two-span beam, compared to the ratios between experiments and predictions obtained from simply supported beams.
Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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v.2
no.3
s.6
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pp.101-108
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2002
There exist many construction joints in segmentally constructed bridge girders. It is required coupling of tendons or overlapping of tendons to introduce continuous prestress through several spans of bridges. Even though tendon coupling method is easier to use in practice, some cracking problems around construction joints have been reported and complicated stress states around construction joints in PSC girders is not clearly investigated. The purpose of this paper is to investigate in detail the complicated longitudinal stress distributions around the construction joints in prestressed concrete girders with tendon couplers. 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 and segmental construction of bridge sections. The present study indicates that the longitudinal stress distributions of PSC girders with tendon couplers are quite different from those of PSC girders without tendon couplers. The longitudinal compressive stresses introduced by prestressing are greatly reduced around coupled joints according to tendon coupling ratios.
The purpose of the present study is to develop a computer program which can be used to analyze prestressed concrete structures containing either bonded or unbonded tendons. To accomplish this, first, the concrete, nonprestressed, and prestressed steels are modeled with cyclic constitutive laws to take into account the various loading effects. Then, the hybrid-type element method is derived to improve the computations capability of stresses and strains, especially for the unbonded tendon. Since it allows one to determine the cross-sectional deformations in an element without any assumptions for its deformed shape, the element length can be much longer than that of the conventional finite element method. In order to achieve such a long element, various integral schemes are examined to implement them into the program. Then, the computational method for prestressing effects is developed consistently with the analytical method for the structure. Finally, analytical studies for actual tests were carried out to verify the program developed in this study.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.6
no.3
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pp.151-158
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2002
Recently, the externally prestressed unbonded steel I-beam bridges have been increasingly built. The mechanical behavior of prestressed steel I-beams which are with external unbonded tendon is different from that of normal bonded PSC beams in a point of that the slip of tendons at deviators and the change of tendon eccentricity occurs, when external loads are applied in external unbonded steel I-beams. The concept of prestressing steel structures has not been widely considered, in spite of long and successful history of prestressing concrete members. In this study, The field experiment on prestressed steel I-beams has been performed in the various aspects of prestressed I-beam including the tend on type and profile.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.3A
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pp.421-428
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2006
This study was performed by using experiment to minimize behavior difference of Monolithic and segmental Girder and to prove the design concept of the PSI (Precast PSC-Segmental I Grider). A full scale girder test was performed in four different cases, the monolithic girder, the segmental girder type-1, the segmental girder type-2 and the segmental girder type-3. The monolithic girder that was produced in one body 25 m span and the segmental girder that was jointed 5-sliced 5 m segment. The girder was built by as one body prestressing the tendons after manufacturing the segmental girder, and second prestressing after the casting of the slab concrete. The test result shows that the measured values were almost same or slightly bigger than the theoretical values which means that the PSI girder bridges concept came out to be reliable.
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.
Seismic isolation technology has a wide application to protect bridges from earthquake damage, a new designed bridge pier with seismic isolation are provided for railways in seismic regions of China. The pier with rocking isolation is a self-centering system under small and moderate earthquakes, and the unbonded prestressed tendons are used to prevent overturning under strong earthquakes. A numerical model based on pseudo-static testing results is presented to evaluate the seismic performance of isolation bridge piers, and is validated by the shaking table test. It is found that the rocking response and the loss of prestressing for the bridge pier increase with the increase of earthquake intensity. Besides, the intensity and spectral characteristics of input ground motion have great influence on displacement of the top and bottom of the bridge pier, while have less influence on the bending moment of the pier bottom. Experimental and numerical results show that the rocking-isolated piers presented in this study have good seismic performance, and it provides an alternative way for the railway bridge in the regions with high occurrence of earthquakes. Therefore, we provide the detailed procedures for seismic design of the rocking-isolated bridge pier, and a case study of the seismic isolation design with rocking piers is carried out to popularize the seismic isolation methods.
Gabriela G., Machado;Americo Campos, Filho;Paula M., Lazzari;Bruna M., Lazzari;Alexandre R., Pacheco
Structural Engineering and Mechanics
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v.85
no.2
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pp.163-177
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2023
The design of segmental bridges, a structure that typically employs precast prestressed concrete elements and the balanced cantilever construction method for the deck, may demand a highly complex structural analysis for increased precision of the results. This work presents a comprehensive numerical analysis of a 3D finite element model using the software ANSYS, version 21.2, to simulate the constructive deck stages of the New Guaiba Bridge, a structure located in Porto Alegre city, southern Brazil. The materials concrete and steel were considered viscoelastic. The concrete used a Generalized Kelvin model, with subroutines written in FORTRAN and added to the main model through the customization tool UPF (User Programmable Features). The steel prestressing tendons used a Generalized Maxwell model available in ANSYS. The balanced cantilever constructive steps of a span of the New Guaiba Bridge were then numerically simulated to follow the actual constructive sequence of the bridge. A comparison between the results obtained with the numerical model and the actual vertical displacement data monitored during the bridge's construction was carried out, showing a good correlation.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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