A girder height limitation is the critical parameter for rapid construction of bridge deck and construction space limitation especially in urban area such as high population area and high density habitats. A standard post-tensioned I-shaped concrete girder usually demands relatively higher girder height in order to retain sufficient moment arm between compression force and tensile force. To elaborate this issue, a small U-shaped section with wide flanges can be used as a possible replacement of I-shaped standard girder. This prestressed concrete box girder allows more flexible girder height adjustment rather than standard I-shaped post-tensioned girder plus additional torsion resistance benefits of closed section. A 30m-long, 1.7m-high and 3.63m-wide actual small prestressed concrete box girder is designed and a laboratory test for its static behaviors by applying 6,200kN amount of load in the form of 4-point bending test was performed. The load-deflection curve and crack patterns at different loading stage are recorded. In addition, to extracting the dynamic characteristics such as natural frequency and damping ratio of this girder, several excitation tests with artificial mechanical exciter with un-symmetric mass are carried out using operational frequency sweep-up. Nonlinear finite element analysis of this 4 point bending test under monotonic static load is investigated and discussed with aids of concrete damaged plasticity formulation using ABAQUS program.
In this study, experimental vibration tests are performed on a real full-scale railway steel plate girder bridge, which resides in open-space environments. Using experimental modal analysis techniques, the modal parameters of the railway steel plate girder bridge yielded by the modal testing of the impact hammer are compared and investigated with the natural frequencies and mode shapes obtained by finite element analysis. This work focuses on the application of model updating techniques to measured experimental data and output-only data from an analytical vibration study that takes into account various geometric and material properties of the bridge members. A finite element model of the railway bridge structure is used to verify the modal experimental results. It is subsequently updated using the corresponding modal identification technique. The basic database is provided to evaluate damage, which can be determined based on the changes in the element properties, resulting from the process of updating the finite element model benchmark and experimental data.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.12
no.3
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pp.1-10
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2008
The seismic performance of a structure designed without consideration of seismic loading can be effectively enhanced through seismic rehabilitation. The appropriate level of rehabilitation should be determined based on the decision criteria that minimize the anticipated earthquake-related losses. To estimate the anticipated losses, seismic risk analysis should be performed considering the probabilistic characteristics of the hazard and the structural damage. This study presents the decision procedure in which the probabilistic seismic demand model is utilized for the effective estimation and minimization of the total seismic losses through seismic rehabilitation. The probability density function and the cumulative distribution function of the structural damage for a specified time period are established in a closed form, and are combined with the loss functions to derive the expected seismic loss. The procedure presented in this study could be effectively used for making decisions on the seismic rehabilitation of structural systems.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.37
no.4
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pp.251-258
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2024
This study investigated the effect of bearing aging on the seismic response of a three-span continuous concrete girder bridge with pot bearings installed. The pot bearings were modeled as elastic springs in the longitudinal, transverse, and vertical directions of the bridge to reflect the stiffness of fixed and movable supports. The effect of bearing aging on the seismic response of the bridge was examined by considering two factors: a decrease in the horizontal stiffness of the fixed bearings and an increase in the horizontal stiffness of the movable bearings. The finite element model of the three-span continuous girder bridge was validated by comparing its numerical natural frequencies with the designed natural frequencies. Using artificial ground motions that conform to the design response spectrum specified by the KDS bridge seismic design code, the seismic responses of the bridge's girders and bearings were calculated, considering the bearing stiffness variation due to aging. The results of a numerical analysis revealed that a decrease in the horizontal stiffness of the fixed bearings led to an increase in the absolute maximum relative displacement of the bearings during an earthquake. This increases the risk of the mortar block that supports the bearing cracking and the anchor bolt breaking. However, an increase in the horizontal stiffness of the movable bearings due to aging decreased the absolute maximum shear on the fixed bearings. Despite the shear reduction in the fixed bearings, the aging of the pot bearings change could cause additional tensile bending stress in the girder section above the free bearings, which could lead to unexpected structural damage to the continuous bridge during an earthquake.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.12
no.3
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pp.37-44
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2008
This study investigates the influence of various soil properties on the seismic performance of a three-span FCM bridge. Piers that are vulnerable to seismic vibration are identified through numerical study of plastic hinges possibly occurring at the top and bottom of the piers. The fragility curve is obtained as a lognormal distribution function with respect to peak ground acceleration(PGA). The median and logarithmic standard deviation, which are two parameters of a lognormal distribution function, are estimated using the maximum likelihood method. In order to consider the different soil properties of each support, an equivalent spring based on the Korean Standard Specifications for Highway Bridges(KSSHB) is adopted in this study. For seismic fragility analysis, the rotational ductility demands of bridge piers are used as a damage index of the structure.
Aging and severe environments are major causes of damage in reinforced concrete (RC) structures such as buildings and bridges. Deterioration such as concrete cracks, corrosion of steel, and deformation of structural members can significantly degrade the structural performance and safety. Therefore, effective and easy-to-use methods are desired for repairing and strengthening such concrete structures. Various methods for strengthening and rehabilitation of RC structures have been developed in the past several decades. Recently, FRP composite materials have emerged as a cost-effective alternative to the conventional materials for repairing, strengthening, and retrofitting deteriorating/deficient concrete structures, by externally bonding FRP laminates to concrete structural members. The main purpose of this study is to investigate the effectiveness of adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS) in predicting behavior of circular type concrete column retrofitted with FRP. To construct training and testing dataset, experiment results for the specimens which have different retrofit profile are used. Retrofit ratio, strength of existing concrete, thickness, number of layer, stiffness, ultimate strength of fiber and size of specimens are selected as input parameters to predict strength, strain, and stiffness of post-yielding modulus. These proposed ANFIS models show reliable increased accuracy in predicting constitutive properties of concrete retrofitted by FRP, compared to the constitutive models suggested by other researchers.
Lee, Kwang Min;Cho, Hyo Nam;Cha, CheolJun;Kim, Seong Hun
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.1A
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pp.75-89
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2006
This paper presents a practical and realistic Life-Cycle Cost (LCC) optimum design methodology of steel bridges considering time effect of bridge reliability under environmental stressors such as corrosion and heavy truck traffics. The LCC functions considered in the LCC optimization consist of initial cost, expected life-cycle maintenance cost and expected life-cycle rehabilitation costs including repair/replacement costs, loss of contents or fatality and injury losses, road user costs, and indirect socio-economic losses. For the assessment of the life-cycle rehabilitation costs, the annual probability of failure which depends upon the prior and updated load and resistance histories should be accounted for. For the purpose, Nowak live load model and a modified corrosion propagation model considering corrosion initiation, corrosion rate, and repainting effect are adopted in this study. The proposed methodology is applied to the LCC optimum design problem of an actual steel box girder bridge with 3 continuous spans (40 m+50 m+40 m=130 m), and various sensitivity analyses of types of steel, local corrosion environments, average daily traffic volume, and discount rates are performed to investigate the effects of various design parameters and conditions on the LCC-effectiveness. From the numerical investigation, it has been observed that local corrosion environments and the number of truck traffics significantly influence the LCC-effective optimum design of steel bridges, and thus realized that these conditions should be considered as crucial parameters for the optimum LCC-effective design.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.27
no.3
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pp.71-79
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2023
It is not efficient to install a maintenance system that measures seismic acceleration and displacement on all bridges and buildings to evaluate the safety of structures after an earthquake occurs. In order to maintain this, an on-site investigation is conducted. Therefore, it takes a lot of time when the scope of the investigation is wide. As a result, secondary damage may occur, so it is necessary to predict the safety of individual structures quickly. The method of estimating earthquake damage of a structure includes a finite element analysis method using approved seismic information and a structural analysis model. Therefore, it is necessary to predict the seismic information generated at arbitrary location in order to quickly determine structure damage. In this study, methods to predict the ground response spectrum and acceleration time history at arbitrary location using linear estimation methods, and artificial neural network learning methods based on seismic observation data were proposed and their applicability was evaluated. In the case of the linear estimation method, the error was small when the locations of nearby observatories were gathered, but the error increased significantly when it was spread. In the case of the artificial neural network learning method, it could be estimated with a lower level of error under the same conditions.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.24
no.6
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pp.129-137
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2020
In performing the structural analysis, the foundation is considered to be a fixed end as a plastic hinge model. In this study, the displacements of the foundation, pier, and shoe were compared when the foundation modeled as a fixed end, a shallow foundation constructed on bedrock of 2m depth, and a pile foundation constructed in the 10m to 20m depth of bedrock. The shear force was also compared, and the probability of damage was calculated and compared for the critical condition. When calculated as a fixed end, the displacement of the foundation converged to 0mm, but the shallow foundation built on the bedrock with a depth of 2m caused relatively displacement, and the pile foundation constructed to contact the bedrock with a depth of 18m caused a larger displacement. In addition, it was analyzed that the displacement of the foundation, which is the lower structure, affects the displacement of the super structure, but the difference in shear force applied to the foundation was insignificant in the three cases. There was no difference between the shallow foundation and the pile foundation in the influence on the displacement of the top of the pier, but there was a big difference from the analysis assuming as a fixed end.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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