This paper presents a type of composite box girder with corrugated webs and concrete filled steel tube slab to overcome cracking on the web and reduce self-weight. Utilizing corrugated steel web improves the efficiency of prestressing introduced into the top and bottom slabs due to the accordion effect. In order to understand the loading capacity of such new composite structure, experimental and numerical analyses were conducted. A full-scale model was loaded monotonically to investigate the deflection, strain distribution, loading capacity and stiffness during the whole process. The experimental results show that test specimen has enough loading capacity and ductility. Based on experimental works, a finite element (FE) model was established. The load-displacement curves and stress distribution predicted by FE model agree well with that obtained from experiments, which demonstrates the accuracy of proposed FE model. Moreover, simplified theoretical analysis was conducted depending on the assumptions which were confirmed by the experimental and numerical results. The simplified analysis results are identical with the tested and numerical results, which indicate that simplified analytical model can be used to predict the loading capacity of such composite girder accurately. All the findings of present study may provide reference for the application of such structure in bridge construction.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2005.05a
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pp.303-306
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2005
The cracking behavior of prestressed concrete members is important for the rational design of prestressed concrete structures. However, the test data on the cracking behavior of prestressed concrete structures are very limited. The purpose of the present study is to investigate the crack spacing and crack width in transversely post-tensioned decks of concrete box girder bridges under applied loading. For this purpose, large scale test members of concrete box girder segments were fabricated and tested. The crack widths, crack spacings and crack patterns were investigated for various load levels. The crack widths and steel strains were continuously monitored during the loading process. To derive a rational predicton equation for crack width, the bond characteristics of post-tensioned steel and nonprestressed rebar in the PSC members were explored first. This was done by measuring the strains of prestressing steel and nonprestressed rebar in the test members under loading. A simple equation for the prediction of maximum crack width in transversely post-tensioned concrete one-way slabs is proposed by considering bond characteristic of prestressing steel and nonprestressed reinforcement. The comparison of proposed equation with experimental data shows good correlation. The present study indicates that ACI and CEB-FIP code equations exhibit rather large deviation from test data on prestressed concrete members.
Oh Byung Hwan;Choi Young Cheol;Choi Jung Sun;Lee Seong Cheol
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2004.11a
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pp.77-80
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2004
In bridge deck systems, deflections and cracking can be controlled by longitudinal and transverse prestressing, There are some benefits, longitudinal cracking control, the thickness reduction of deck slab, the widening of deck width and the reduction of the cross section area, in transversely post-tensioned concrete box girder bridges. However, it has been not sufficient to study the structural behaviors of transversely post-tensioned concrete box girder. Therefore, It is needed to predict the structural behaviors by prestressing and static loading. In this study, the analytical and experimental load tests are carried out to study the effect of transverse prestressing on concrete box girder. For these objectives, four test specimens are fabricated with various tendon spacing and steel ratio of top slab. The analytical and experimental studies are performed to estimate effects of the prestressing and failure tests.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1999.10a
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pp.69-78
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1999
The stiffness of slab concrete section is not considered as effective in the existing method of construction for continued steel box girder bridge. Using lifting system and filled concrete, it is possible to make stiffness of slab concrete section effective and improve stiffness of negative moment section. It was proved that the stress of upper flange in positive moment is significantly lower than case of existing method through the stress comparison. This stress difference made possible to rearrange flange thickness and as the result of this rearrangement, the amount of steel and height of girder can be reduced up to 13.23% and 11.5%.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2005.05a
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pp.479-482
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2005
The concrete box girder members are extensively used as a superstructure in bridge construction. The load carrying capacity of concrete box girders in lateral direction is generally influenced by the sizes of haunch and web. The internal upper decks are restrained by the webs and exhibit strength enhancement due to the development of aching action. The current codes do not have generally consider the arching action of deck slab in the design because of complexity of the behavior. However, there are significant benefits in utilizing the effects of arching action in the design of concrete members. The main objective of this paper is to propose a rational method to predict the ultimate load of deck slab by considering various haunch sizes and web restraint effect of concrete box girder bridges. To this end, a comprehensive experimental program has been set up and seven large-scale concrete box girders have been tested. A transverse analysis model of concrete box girders with haunches is proposed and compared with test data. The results of present study indicate that the ultimate strength is significantly affected by haunch dimension. The increase of strength due to concrete arcing action is reduced with an increase of prestressing steel ratio in laterally prestressed concrete box girders and increases with a larger haunch dimension. The proposed theory allows more realistic prediction of lateral ultimate strength for rational design of actual concrete box girder bridges.
Korea and Japan have done a lot of research on composite girders with corrugated steel webs and built many bridges with corrugated steel webs due to the significant advantages of this type of bridges. Considering the demanding on the calculation method of such types of bridges and lack of relevant reinforcement design method, this paper proposes the spatial grid analysis theory and tensile stress region method. First, the accuracy and applicability of spatial grid model in analyzing composite girders with corrugated steel webs was validated by the comparison with models using shell and solid elements. Then, in a real engineering practice, the reinforcement designs from tensile stress region method based on spatial grid model, design empirical method and specification method are compared. The results show that the tensile stress region reinforcement design method can realize the inplane and out-of-plane reinforcement design in the top and bottom slabs in bridges with corrugated steel webs. The economy and precision of reinforcement design using the tensile stress region method is emphasized. Therefore, the tensile stress region reinforcement design method based on the spatial grid model can provide a new direction for the refined design of composite box girder with corrugated steel webs.
Due to susceptibility of bridges in the past earthquakes, vulnerability assessment and strengthening of bridges has gained a particular significance. The objective of the present study is to employ an analytical method for the development of fragility curves, as well as to investigate the effect of strengthening on the RC box-girder bridges. Since fragility curves are used for pre-and post-earthquake planning, this paper has attempted to adopt the most reliable modeling assumptions in order to increase the reliability. Furthermore, to acknowledge the interaction of soil, abutment and pile, the effect of different strengthening methods, such as using steel jacketing and FRP layers, the effect of increase in the bridge pier diameter, and the effect of vertical component of earthquake on the vulnerability of bridges in this study, a three-span RC box-girder bridge was modeled in 9 different cases. Nonlinear dynamic analyses were carried out on the studied bridges subjected to 100 ground motion records via OpenSEES platform. Therefore, the fragility curves were plotted and compared in the four damage states. The results revealed that once the interaction of soil and abutment and the vertical component of the earthquake are accounted for in the calculations, the median fragility is reduced, implying that the bridge becomes more vulnerable. It was also confirmed that steel jackets and FRP layers are suitable methods for pier strengthening which reduces the vulnerability of the bridge.
Cross-sectional distortions take place when steel box girders a re subjected to torsional moment, as a consequence of which distortional warping stresses are necessarily developed. Additional normal stresses due to the distortion are should be included at the design stage. The relative magnitude with respect to the maximum bending stress are kept less than the specific values, i.e., at 5~10%, by properly spaced intermediate diaphragms that could prevent the distortional deformation of the box girder. However, current design equations for the stiffness of intermediate diaphragms were derived based on BEF. In this study, the area required by the intermediate diaphragm members are investigated through three-dimensional finite element analyses. The results of the analyses indicate that the current equations give to conservative values for the intermediate diaphragm of box girder bridges. Finally, an improved equation for the area of the intermediate diaphragm is derived from a regression analysis from the finite element analysis results.
Crack detection plays an important role in the maintenance and protection of steel box girder of bridges. However, since the cracks only occupy an extremely small region of the high-resolution images captured from actual conditions, the existing methods cannot deal with this kind of image effectively. To solve this problem, this paper proposed a novel three-stage method based on deep learning technology and morphology operations. The training set and test set used in this paper are composed of 360 images (4928 × 3264 pixels) in steel girder box. The first stage of the proposed model converted high-resolution images into sub-images by using patch-based method and located the region of cracks by CBAM ResNet-50 model. The Recall reaches 0.95 on the test set. The second stage of our method uses the Attention U-Net model to get the accurate geometric edges of cracks based on results in the first stage. The IoU of the segmentation model implemented in this stage attains 0.48. In the third stage of the model, we remove the wrong-predicted isolated points in the predicted results through dilate operation and outlier elimination algorithm. The IoU of test set ascends to 0.70 after this stage. Ablation experiments are conducted to optimize the parameters and further promote the accuracy of the proposed method. The result shows that: (1) the best patch size of sub-images is 1024 × 1024. (2) the CBAM ResNet-50 and the Attention U-Net achieved the best results in the first and the second stage, respectively. (3) Pre-training the model of the first two stages can improve the IoU by 2.9%. In general, our method is of great significance for crack detection.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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