The evaluation theory of reliability, availability, maintainability and safety (RAMS) as a mature theory of state evaluation in the railway engineering, can be well used to the evaluation, management, and maintenance of complicated structure like the long-span bridge structures on the high-speed railway. Taking a typical steel-truss arch bridge on the Beijing-Shanghai high-speed railway, the Nanjing Dashengguan Yangtze River Bridge, this paper developed a new method of state evaluation for the existing steel-truss arch high-speed railway bridge. The evaluation framework of serving state for the bridge structure is presented based on the RAMS theory. According to the failure-risk, safety/availability, maintenance of bridge members, the state evaluation method of each monitoring item is presented. The weights of the performance items and the monitoring items in all evaluation levels are obtained using the analytic hierarchy process. Finally, the comprehensive serving state of bridge structure is hierarchical evaluated.
This study presents conceptual information of newly optimized shapes and connectivity of the so-called outrigger truss system for modern tall buildings that resists lateral loads induced by wind and earthquake forces. In practice, the outrigger truss consists of triangular or Vierendeel types to stiffen tall buildings, and the decision of outrigger design has been qualitatively achieved by only engineers' experience and intuition, including information of structural behaviors, although outrigger shapes and the member's connectivity absolutely affect building stiffness, the input of material, construction ability and so on. Therefore the design of outrigger trusses needs to be measured and determined according to scientific proofs like reliable optimal design tools. In this study, at first the shape and connectivity of an outrigger truss system are visually evaluated by using a conceptual design tool of the classical topology optimization method, and then are quantitatively investigated with respect to a structural safety as stiffness, an economical aspect as material quantity, and construction characteristics as the number of member connection. Numerical applications are studied to verify the effectiveness of the proposed design process to generate a new shape and connectivity of the outrigger for both static and dynamic responses.
For the practical application of U-flanged Truss Hybrid beams, the flexural capacity of hybrid beams with end reinforcement details using vertical steel plates was verified. The bending test of U-flanged Truss Hybrid beams was performed using the same top chord under the compressive force, but with the thickness of the bottom plate and the amount of tensile reinforcement. The initial stiffness and maximum load of the specimen with tensile reinforcement have a higher value than that of the specimen without tension reinforcement, but the more tensile reinforcement, the greater the load decrease after the maximum load. In the case of the specimen with tensile reinforcement, because the test result value is 76% to 88% when compared with the flexural strength according to Korea Design Code, the safety of the U-flanged Truss Hybrid beam with the same details of the specimens can't ensure. Therefore, the development of new details is required to ensure that the bottom steel plate and the tensile reinforcement can undergo sufficient tensile deformation.
A strategy of the optimal shape design with FEA(Finite Element Analysis) for 2-D structure is proposed by comparing subproblem approximation method with first order approximation method. A cantilever beam with two different loading conditions, a concentrated load and an evenly distribute load, and truss structure with a concentrated loading condition are implemented to optimize the shape. It gives a good design strategy on the optimal truss structure as well as the optimal cantilever beam shape. It is found that the convergence is quickly finished with the iteration number below ten. Optimized shapes of cantilever beam and truss structure are shown with stress contour plot by the results of the subproblem approximation method and the first order approximation methd.
Cross-beams of modern through truss bridges are connected to truss chord at its nodes and between them. It results in variable rotational end restraint for cross-beams, thus variable bending moment distribution. This feature is captured in three-dimensional modelling of through truss bridge structure. However, for preliminary design or rapid assessment of service load effects such technique of analysis may not be available. So an analytical method of assessment of rotational end restraint for cross-beam of through truss bridges was worked out. Two cases - nodal cross-beam and inter-nodal cross-beam - were analyzed. Flexural and torsional stiffness of truss members, flexural stiffness of deck members and axial stiffness of wind bracing members in the vicinity of the analyzed cross-beam were taken into account. The provision for reduced stiffness of the X-type wind bracing was made. Finally, general formula for assessment of rotational end restraint was given. Rotational end restraints for cross-beams of three railway through truss bridges were assessed basing on the analytical method and the finite element method (three-dimensional beam-element modelling). Results of both methods show good agreement. The analytical method is able to reflect effects of some structural irregularities. On the basis of the obtained results the general values of rotational end restraint for nodal and inter-nodal cross-beams of railway through truss bridges were suggested.
A unified theory has recently been developed for reinforced concrete structures (Hsu 1993), subjected to the four basic actions - bending, axial load, shear and torsion. The theory has five components, namely, the struts-and-ties model, the equilibrium (or plasticity) truss model, the Bernoulli compatibility truss model, the Mohr compatibility truss model and the softened truss model. Because the last three models can satisfy the stress equilibrium, the strain compatibility and the constitutive laws of materials, they can predict not only the strength, but also the load-deformation history of a member. In this paper the five models are summarized to illustrate their intrinsic consistency.
Genetic Algorithm(GA), which is based on the theory of natural evolution, has been evaluated highly for their robust performances. The optimization problems on truss structures under the prescribed displacement are solved by using GA. In this paper, the homologous deformation of structures was proposed as the prescribed displacement. The shape analysis of structures is a kind of inverse problems different from stress analysis, and the governing equation becomes nonlinear. In this regard, GA was used to solve the nonlinear equation. In this study, the shape analysis method in which not only the positions of the objective nodes but also the layout and sectional area of the member are encoded to strings in the GA as design parameters of the structures is proposed.
In this paper, the full-size structural performance test for a lightweight soundproof tunnel composed of partitioned pipe truss members is carried out to investigate the structural performance. In addition, a nonlinear structural analysis of the same finite element model as the full-size testing model is performed to compare the test result. The test and analysis results showed that the lightweight soundproof tunnel ensures the structural safety against wind loads, snow loads and load combinations. As a result, the full-size test and analysis results meet all the design load conditions, hence the proposed lightweight soundproof tunnel is ready for the field application.
In this paper a new particle swarm ray optimization algorithm is proposed for truss shape and size optimization with natural frequency constraints. These problems are believed to represent nonlinear and non-convex search spaces with several local optima and therefore are suitable for examining the capabilities of new algorithms. The proposed algorithm can be viewed as a hybridization of Particle Swarm Optimization (PSO) and the recently proposed Ray Optimization (RO) algorithms. In fact the exploration capabilities of the PSO are tried to be promoted using some concepts of the RO. Five numerical examples are examined in order to inspect the viability of the proposed algorithm. The results are compared with those of the PSO and some other existing algorithms. It is shown that the proposed algorithm obtains lighter structures in comparison to other methods most of the time. As will be discussed, the algorithm's performance can be attributed to its appropriate exploration/exploitation balance.
There are many studies on the optimization of steel trusses in literature; and, a large number of them include a shape optimization. However, only a few of these studies are focused on the prestressed steel trusses. Therefore, this paper aims to determine the amounts of the material and cost savings in steel plane trusses in the case of prestressing. A parallel-chord simply supported steel truss is handled as an example to evaluate the used approach. It is considered that prestressing tendon is settled under the bottom bar, between two end supports, using deviators. Cross-sections of the truss members and height of the truss are taken as the design variables. The prestress losses are calculated in two steps as instantaneous losses and time-dependent losses. Tension increment in prestressing tendon due to the external loads is also considered. A computer program based on genetic algorithm is developed to solve the optimization problem. The handled truss is optimized for different span lengths and different tendon eccentricities using the coded program. The effects of span length and eccentricity of tendon on prestressed truss optimization are investigated. The results of different solutions are compared with each other and those of the non-prestressed solution. It is concluded that the amounts of the material and the cost of a steel plane truss can be reduced up to 19.9% and 14.6%, respectively, by applying prestressing.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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