The seismic fragility curves of a structure represents the probability of exceeding the prescribed structural damage given various levels of ground motion intensityand the seismic fragility curve is essential to evaluation of structural performance and assessment of risk and loss of structures. The purpose of this paper is to develop seismic fragility functions for bridge structures in Koreaby reviewing those of advanced countries. Therefore, at first, we investigated development conditions of the seismic fragility functions. And the next highway bridges in Korea are classified into a number of categories and several typical bridges are selected to estimate seismic fragilities for using this analysis method in Korea. Finally, fragility curves for PSC Box girder bridge are estimated. The results show that the bridge classification and damage state play an important role in estimation of seismic damage and seismic fragility analysis for bridge structures.
Cho, Tae Jun;Kim, Lee Hyeon;Kyung, Kab Soo;Choi, Eun Soo
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.20
no.6
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pp.723-730
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2008
Due to the higher ratio of live load to total loads of railway bridges, the accumulated damage by cyclic fatigue is significant. Moreover, it is highly possible that the initiated crack grows faster than that of highway bridges. Therefore, it is strongly needed to assess the safety for the accumulated damage analytically. The initiation and growth of fatigue-crack are related with the stress range, number of cycles, and the stiffness of the structural system. The stiffness of the structural system includes uncertainties of the planning, design, construction and maintenance, which varies as time goes. In this study, the authors developed the design and risk assessment techniques based on the reliability theories considering the uncertainties in load and resistance. For the probabilistic risk assessment of crack growth and the remaining life of the structures by the cyclic load of railway and subway bridges, response surface method (RSM) combined with first order second moment method were used. For composing limit state function, the stress range, stress intensity factor and the remaining life were selected as input important random variables to the RSM program. The probabilities of failure and the reliability indices of fatigue life for the considered specimen under cyclic loads were evaluated and discussed.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.23
no.2
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pp.217-225
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2010
Most of the steel bridges in Korea are being currently designed by the allowable stress design method that uses the conventional deterministic factors of safety. However the limit state design based on the concept of probability, statistics and reliability engineering is becoming very popular as a global standard deign method, leading the rational and economic bridge design. As part of the fundamental research to establish the load and resistance factor design(LRFD) of steel bridges considering domestic environmental conditions and regional characteristics, an experimental design is conducted by applying AASHTO-LRFD specification especially to a steel closed-box girder, which occupies relatively a large portion of steel bridges in Korea. Throughout the experimental design according to various sectional changes, some of the issues to be considered in the LRFD design of a composite steel closed-box girder bridge are examined. In this process, an Excel-based design verification program is developed for easy computation and prevention of errors. Quantitative reliability levels of the bridge sections designed by LRFD are also estimated using a reliability analysis method, and compared with the target reliability indexes applied in the LRFD design to verify the validity of the procedure and methodology used in this study.
Ok, Su Yeol;Moon, Hyun Su;Chun, Pang-Jo;Lim, Yun Mook
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.34
no.6
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pp.1655-1665
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2014
Dynamic displacements of structures shows general behavior of structures. Generally, It is used to estimate structure condition and trustworthy physical quantity directly. Especially, measuring vertical displacement which is affected by moving load is very important part to find or identify a problem of bridge in advance. However directly measuring vertical displacement of the bridge is difficult because of test conditions and restriction of measuring equipment. In this study, Artificial Neural Network (ANN) is used to suggest estimation method of bridge displacement to overcome constrain conditions, restriction and so on. Horizontal strain and vertical displacement which are measured by appling random moving load on the bridge are applied for learning and verification of ANN. Measured horizontal strain is used to learn ANN to estimate vertical displacement of the bridge. Numerical analysis is used to acquire learning data for axis strain and vertical displacement for applying ANN. Moving load scenario which is made by vehicle type and vehicle distance time using Pearson Type III distribution is applied to analysis modeling to reflect real traffic situation. Estimated vertical displacement in respect of horizontal strain according to learning result using ANN is compared with vertical displacement of experiment and it presents vertical displacement of experiment well.
Recently, there has been a growing interest in expanded sidewalks for existing bridges. The cantilever beam system applied to expanded sidewalks for existing bridges are connected with the concrete structure by adhesive anchor bolts. However, the extended sidewalks are currently constructed without standardized regulations, which lead to excessive design of the beam spacing and installation and the construction difficulties due to the excessive over-weight. Moreover, there is only limited analysis and experiment data on the post-installed adhesive anchor bolts, so the excessive number of bolts is used for the connection. This paper deals with a method to increase the effectiveness of beam sections and anchor bolts geometry for expanded sidewalk of existing bridge. The study results showed that the failure of cantilever beam connected by adhesive anchor bolts was dominated by bond failure of interface between concrete and bolt. Also, the results indicated the possibilities of improving serviceability as well as safety of the sidewalks by changing of beam section and prestressing the bolts.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.20
no.3
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pp.273-279
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2007
Probabilistic Risk Assessment considering statistically random variables is performed for the preliminary design of an Arch Bridge. Component reliabilities of girders have been evaluated using the response surfaces of the design variables at the selected critical sections based on the maximum shear and negative moment locations. Response Surface Method (RSM) is successfully applied for reliability analyses lot this relatively small probability of failure of the complex structure, which is hard to be calculated by Monte-Carlo Simulations or by First Order Second Moment method that can not easily calculate the derivative terms in implicit limit state functions. For the analysis of system reliability, parallel resistance system composed of girders is modeled as a parallel series connection system. The upper and lower probabilities of failure for the structural system have been evaluated and compared with the suggested prediction method for the combination of failure modes. The suggested prediction method for the combination of failure modes reveals the unexpected combinations of element failures in significantly reduced time and efforts, compared with the previous permutation method or conventional system reliability analysis method.
Park, Jae Bong;Park, Yong Myung;Kim, Dong Hyun;Lee, Jong Han
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.25
no.4
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pp.335-346
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2013
AASHTO LRFD and Korean Bridge Design Code (Limit State Design) specify to consider Truck and Lane load simultaneously determined from reliability-based live load model, and impact shall be applied to the truck load while it shall not be applied to the lane load. In this paper, vehicle-bridge interaction analysis under moving truck and lane loads were performed to estimate impact factor of the cables and girders for the selected multi-cable-stayed composite bridges with 230m, 400m and 540m main span. A 6-d.o.f. vehicle was used for truck load and a series of single-axle vehicles was applied to simulate equivalent lane load. The effect of damping ratio on the impact factor was estimated and then the essential parameters to impact factor, i.e., road surface roughness and vehicle speed were considered. The road surface roughness was randomly generated based on ISO 8608 and it was applied to the truck load only in the vehicle-bridge interaction analysis. The impact factors evaluated from dynamic interaction analysis were also compared with those by the influence line method that is currently used in design practice to estimate impact factor in cable-stayed bridge.
Park, Yong-Myung;Park, Jae-Bong;Kim, Dong-Hyun;Choi, Byung-Ho
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.23
no.2
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pp.199-210
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2011
The cables in cable-stayed bridges are under high stress and are very sensitive to vibration due to their small section areas compared with other members. Therefore, it is reasonable to evaluate the cable impact factor by taking into account the dynamic effect due to moving-vehicle motion. In this study, the cable impact factors were evaluated via moving-vehicle-load analysis, considering the design parameters, i.e., vehicle weight, cable model, road surface roughness, vehicle speed, longitudinal distance between vehicles. For this purpose, two steel composite cable-stayed bridges with 230- and 540-m main spans were selected. The results of the analysis were then compared with those of the influence line method that is currently being used in design practice. The road surface roughness was randomly generated based on ISO 8608, and the convergence of impact factors according to the number of generated road surfaces was evaluated to improve the reliability of the results. A9-d.o.f. tractor-trailer vehicle was used, and the vehicle motion was derived from Lagrange's equation. 3D finite element models for the selected cable-stayed bridges were constructed with truss elements having equivalent moduli for the cables, and with beam elements for the girders and the pylons. The direct integration method was used for the analysis of the bridge-vehicle interaction, and the analysis was conducted iteratively until the displacement error rate of the bridge was within the specified tolerance. It was acknowledged that the influence line method, which cannot consider the dynamic effect due to moving-vehicle motion, could underestimate the impact factors of the end-cables at the side spans, unlike moving-vehicle-load analysis.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.43
no.3
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pp.397-411
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2023
The number of deteriorated bridges with a service period of more than 30 years has been rapidly increasing in Korea. Accordingly, the importance of advanced maintenance technologies through the predictions of age-induced deterioration degree, condition, and performance of bridges is more and more noticed. The prediction method of the safety grade of bridges was proposed in this study using the classification models of the Decision Tree and the Random Forest based on machine learning. As a result of analyzing these models for the 8,850 bridges located in national roads with various evaluation indexes such as confusion matrix, balanced accuracy, recall, ROC curve, and AUC, the Random Forest largely showed better predictive performance than that of the Decision Tree. In particular, random under-sampling in the Random Forest showed higher predictive performance than that of other sampling techniques for the C and D grade bridges, with the recall of 83.4%, which need more attention to maintenance because of the significant deterioration degree. The proposed model can be usefully applied to rapidly identify the safety grade and to establish an efficient and economical maintenance plan of bridges that have not recently been inspected.
Park, Min-Seok;Lee, Jung-Whee;Kim, Sung-Kon;Jo, Byung-Wan
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.10
no.6
s.52
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pp.1-8
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2006
This paper describes the procedures developing the algorithm for analyzing signals acquired from the Bridge Weigh-in-Motion (BWIM) system installed in Seohae Bridge as a part of the bridge monitoring system. Through the analysis procedure, information about heavy traffics such as weight, speed, and number of axles are attempted to be extracted from time domain strain data of the BWIM system. One of numerous pattern recognition techniques, artificial neural network (ANN) is employed since it can effectively include dynamic effects, bridge-vehicle interaction, etc. A number of vehicle running experiments with sufficient load cases are executed to acquire training and/or test set of ANN. Extracted traffic information can be utilized for developing quantitative database of loading effect. Also, it can contribute to estimate fatigue lift or current health condition, and design truck can be revised based on the database reflecting recent trend of traffic.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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