A dynamic analysis procedure is developed to provide a better estimation of the dynamic responses of pre-stressed concrete (PSC) box girder bridges on the Korea high speed railway. Particularly, a three dimensional numerical model including the structural interaction between high speed vehicles, bridges and railway endures to analyze accurately and evaluate with in-depth parametric studies for dynamic responses of bridge due to the high speed railway vehicles. Three dimensional frame element is used to model the PSC box girder bridges, simply supported span lengths 40 m. The high-speed railway vehicles (K-TGV) including a locomotive are used as 38-degree of freedom system. Three displacements (vertical, lateral, and longitudinal) as well as three rotational components (pitching, rolling, and yawing) are considered in the 38-degree of freedom model. The dynamic analysis by Runge-Kutta method which are able to analyze considering the dynamic impact factors are compared and contrasted. It is proposed as an empirical formula that the impact factors damaged the bridge load-carrying capacities occurs to the bride due to high-speed vehicle.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.17
no.6
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pp.50-60
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2013
Dynamic response of steel plate girder bridges by KL-510 design truck in KHBDC considering the road surface roughness of bridges and bridge-vehicle interaction is investigated. Simply supported steel plate girder bridges with span length of 20m, 30m, and 40m from "Standard Highway Bridge Superstructure" published by the Korean Ministry of Construction are used for a bridge model, and ten sets of the road surface roughness of bridge deck are generated from power spectral density (PSD) function by assuming the roadway as "Average Road". A three dimensionally modeled 5-axle tractor-trailer with its gross weight, which is the same as that of KL-510 design truck, is used for dynamic analysis. For the finite element modeling of superstructure, beam element for the main girder, shell element for the concrete deck, and rigid link between main girder and concrete deck are used. Impact factor and DLA of steel plate girder bridges for different span are calculated by the proposed numerical analysis model and compared with those specified by several bridge codes.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.1A
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pp.39-49
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2008
Dynamic responses of steel plate girder bridges considering road surface roughness of bridge and bridge-vehicle interaction are investigated by numerical analysis. Simply supported steel plate girder bridges with span length of 20 m, 30 m, and 40 m from "The Standardized Design of Highway Bridge Superstructure" published by the Korean Ministry of Construction are used for bridge model and the road surface roughness of bridge decks are generated from power spectral density(PSD) function for different road. Three different vehicles of 2- and 3-axle dump trucks, and 5-axle tractor-trailer(DB-24), are modeled three dimensionally. For the bridge superstructure, beam elements for the main girder, shell elements for concrete deck, and rigid links between main girder and concrete deck are used. Impact factor and DLA of steel plate girder bridges for different spans, type of vehicles and road surface roughnesses are calculated by the proposed numerical analysis model and compared with those specified by several bridge design codes.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.14
no.5
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pp.1055-1067
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1994
This paper is presented to perform linear dynamic analysis of bridges due to vehicle moving on bridges. The road surface roughness and bridge/vehicle interaction are also considered. The bridge and vehicle are modeled as 3-D bridge and vehicle model, respectively. The road surface roughness of the roadway and bridge decks are generated from power spectral density(PSD) function for good road. The PSD function proposed by C.J. Dodds and J.D. Robson is used to describe the road surface roughness for good road condition. The vehicles are modeled as two nonlinear vehicle model with 7-D.O.F of truck and 12-D.O.F of tractor-trailer and the equations of motion of the vehicles are derived using Lagrange's equation. The main girder and concrete deck are modeled as beam and shell element, respectively and rigid link is used between main girder and concrete deck. The equations of motion of the vehicles are solved by Newmark ${\beta}$ method and the equations of the motion of the bridges are solved by mode-superposition procedures. The validity of the proposed procedure is demonstrated by comparing the results with the experimental data reported by the AASHO Road Test. The comparison shows that the agreement between experiment and theory is quite satisfactory.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.18
no.1
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pp.59-67
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2014
A dynamic analysis is carried out to provide an evaluation method of running safety for a PSC box bridge located on the Gyung-Bu high speed railway. The numerical models of bridge and train vehicle are developed in detail with corresponding interaction system. Three dimensional skeleton element model of PSC box bridge and 38-degree-of-freedom of vehicle are adopted from the existing properties of KTX bridge and train vehicle. Analysed three direction rotations of vehicle on the bridge and ground tracks are compared for running speeds up to 500 km/h with 10 km/h constant increments. The comparison of the rotations will be an improved evaluation method of Running Safety in stead of the existing standard method.
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.29
no.1A
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pp.31-43
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2009
In this study, the numerical method is presented, which can consider the various train types and can solve the equations of motion for a vehicle-bridge interaction analysis by non-iteration procedure through formulating the coupled equations of motion. The coupled equations of motion for the vehicle-bridge interaction are solved by the Newmark ${\beta}$ of a direct integration method, and by composing the effective stiffness matrix and the effective force vector according to a analysis step, those can be solved with the same manner of the solving procedure of equilibrium equations in static analysis. Also, the effective stiffness matrix is reconstructed by the Skyline method for increasing the analysis effectiveness. The Cholesky's matrix decomposition scheme is applied to the analysis procedure for minimizing the numerical errors that can be generated in directly calculating the inverse matrix. The equations of motion for the conventional trains are derived, and the numerical models of the conventional trains are idealized by a set of linear springs and dashpots with 16 degrees of freedom. The bridge models are simplified by the 3 dimensional space frame element which is based on the Euler-Bernoulli theory. The rail irregularities of vertical and lateral directions are generated by the PSD functions of the Federal Railroad Administration (FRA). The results of the vehicle-bridge interaction analysis are verified by the experimental results for the railway plate girder bridges of a span length with 12 m, 18 m, and the experimental and analytical data are applied to the low pass filtering scheme, and the basis frequency of the filtering is a 2 times of the 1st fundamental frequency of a bridge bending.
This paper presents results of dynamic analysis for a bridge in intersection part of two tunnels subjected to moving vehicle load. Since such a bridge system is very unusual due to the fact that it is located in tunnel, the dynamic characteristics of the structure can not be assumed as conventional one. The structure investigated in this study it a reinforced concrete bridge in the intersection part of Namsan Tunnel-1 and Tunnel-2 in Seoul. It is supported by temporary steel structure which shall be constructed during the period of replacing lining in Tunnel-2. Dynamic analysis was carried out for the system using a finite element model constructed by general purpose FE program SAP2000. For this purpose, the structure, lining of tunnels, and surrounding rock were represented by finite elements, while the rock region it truncated and on its outer boundary viscous dampers were placed to simulate radiation of elastic waves generated tunnels. Several types of vehicle with various driving velocities were considered in this analysis. The FE model including vehicle loadings was verified by comparing calculated peak particle velocity with the measured one. From the analysis, the impart factor for the bridge was estimated as 0.21, which indicates that the use of upper bound for the impact factor in design code is reasonable for this kind of bridge system.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2005.04a
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pp.265-272
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2005
For bridge-vehicle interaction analysis of cable-supported brides, the superposition method is applied based on the results of 3-dimensional free vibration analysis using General-purpose FEM Software. This study firstly performs the eigenvalue analysis for the free vertical and the torsional vibration of bridges using FEM analysis. Next the equations of motion considering interaction between bridges and vehicles/train are derived from mode superposition method. And then dynamic analysis is performed using the Newmark numericial method. Finally through the numerical examples, the dynamic responses of cable-supported bridges by this study are presented and discussed.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.3A
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pp.305-313
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2008
A reliability based calibration of dynamic load allowance (DLA) of highway bridge is performed by numerical dynamic analysis of various types of bridges taking into account of the road surface roughness and bridge-vehicle interaction. A total of 10 simply supported bridges with three girder types in the form of prestressed concrete girder, steel plate girder, and steel box girder is analyzed. The cross sections recommended in "The Standardized Design of Highway Bridge Superstructure" by the Korean Ministry of Construction are used for the prestressed concrete girder bridges and steel plate girder bridges while the box girder bridges are designed by the LRFD method. Ten sets of road surface roughness for each bridge are generated from power spectral density (PSD) function by assuming the roadway as "Average Road". A three dimensionally modeled 5-axle tractor-trailer with its gross weight the same as that of DB-24 design truck is used in the dynamic analysis. For the finite element modeling of superstructure, beam elements for the main girder, shell elements for concrete deck, and rigid links between main girder and concrete deck are used. The statistical mean and coefficient of variation of DLA are obtained from a total of 100 DLA results for 10 different bridges with each having 10 sets of road surface roughness. Applying the DLA statistics obtained, the DLA is finally calibrated in a reliability based LRFD format by using the formula developed in the calibration of OHBDC code.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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