The BWIM(Bridge Weigh-In-Motion) is a technology to identify vehicle properties, such as weight, speed, axle spacing and running lane, passing over a bridge by using dynamic response of bridge member. Such information will be used for assessing durability and establishing a maintenance strategy of roadway structures. In this paper, as a first step for developing BWIM system, analytical and experimental studies were conducted in order to verify whether the response of vertical stiffener in steel girder bridge can be used to identify vehicle properties running on the bridge. It was known from this study that such vehicle information could be estimated reasonably by using strain time history curve of a vertical stiffener due to running vehicles. It is because the effect of each axle-load of vehicle appears definitely in the curve. However, as the magnitude of strain of vertical stiffener is effected by running pattern of vehicles, further study is necessary to reduce error when estimating vehicle weight.
Su, Li;Wang, Yuanfeng;Li, Pengfei;Mei, Shengqi;Guo, Kun
Structural Engineering and Mechanics
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제62권3호
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pp.281-289
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2017
Damping value has considerable influence on the dynamic and seismic behaviors of bridges. However, currently the constant damping ratios that are prescribed by most bridge seismic design codes can't truly represent the complicated damping character of actual structures. In this paper, a cyclic loading experiment was conducted to study the effect of stress amplitude on material damping of concrete to present an analyzing model of the material damping of concrete. Furthermore, based on the fundamental damping of structure measured under ambient vibration, combined with the presented stress-dependent material damping concrete, the seismic response of a bridge pier was calculated. Comparison between the calculated and experiment results verified the validity of the presented damping model. Finally, a modified design and analysis method for bridge was proposed based on stress-dependent damping theory, and a continuous rigid frame bridge was selected as the example to calculate the actual damping values and the dynamic response of the bridge under different earthquake intensities. The calculation results indicated that using the constant damping given by the Chinese seismic design code of bridges would overestimate the energy dissipation capacity of the bridge.
Due to the rugged terrain, metro lines in mountain city across numerous wide rivers and deep valleys, resulting in instability of high-pier bridge and insecurity of metro train subjected to fluctuating crosswind. To ensure the safe operation in metro lines in mountain cities, running safety of the metro train over the high-pier bridge under crosswind is analyzed in this paper. Firstly, the dynamic model of the wind-train-bridge (WTB) system is built, in which the speed-up effect of crosswind is fully considered. On the basis of time domain analysis, the basic characteristics of the WTB system with high-pier are analyzed. Afterwards, the dynamic responses varies with train speed and wind speed are calculated, and the safety zone of metro train over a high-pier bridge subjected to fluctuating crosswind in mountain city is determined. The results indicate that, fluctuating crosswind triggers drastic vibration to the metro train and high-pier bridges, which in turn causes running instability of the train. For this reason, the corresponding safety zone for metro train running on the high-pier is proposed, and the metro traffic on the high-pier bridge should be closed as the mean wind speed of standard height reaches 9 m/s (15.6 m/s for the train).
The major objective of this study is to investigate the effects and application of external post-tensioning method far steel plate girder bridge. It analyzed the mechanical behaviors of steel plate girder bridge with applying external post-tensioning on the finite element analysis, field test and laboratory test fur the lateral dynamic characteristics. As a result, the reinforcement of steel plate girder bridge the external post-tensioning method are obviously effective for the lateral dynamic response which is non-reinforced. The analytical and experimental study are carried out to investigate the post-tension force decrease lateral acceleration and deflection on steel plate girder bridge for serviceability. And the external post-tensioning method reduce dynamic maximum displacement(about $10{\sim}24%$), the increase of dynamic safety is predicted by adopting external post-tensioning method. From the dynamic test results of the servicing steel plate girder bridge, it is investigated that the change degree of natural frequency is very low with applying the external post-tensioning method The servicing steel plate girder bridge with external post-tensioning has need of the reasonable reinforcement measures which could be reducing the effect of lateral dynamic behavior that degradation phenomenon of structure by an unusual response characteristic and a drop durability.
The present study investigated the effect of the correlation of the measured road roughness profiles corresponding to the left and right wheels of a vehicle on the vibration of a vehicle-bridge coupling system. Four sets of road roughness profiles were measured by a laser road-testing vehicle. A correlation analysis was carried out on the four roughness samples, and two samples with the strongest correlation and weakest correlation were selected for the power spectral density, autocorrelation and cross-correlation analyses. The scenario of a three-axle truck moving across a rigid-frame arch bridge was used as an example. The two selected road roughness profiles were used as inputs to the vehicle-bridge coupling system. Three different input modes were adopted in the numerical analysis: (1) using the measured road roughness profile of the left wheel for the input of both wheels in the numerical simulation; (2) using the measured road roughness profile of the right wheel for both wheels; and (3) using the measured road roughness profiles corresponding to left and right wheels for the input corresponding to the vehicle's left and right wheels, respectively. The influence of the three input modes on the vibration of the vehicle-bridge system was analyzed and compared in detail. The results show that the correlation of the road roughness profiles corresponding to left and right wheels and the selected roughness input mode both have a significant influence on the vibration of the vehicle-bridge coupling system.
The Maanshan Bridge over Yangtze River in China is a new long-span suspension bridge with double main spans of $2{\times}1080m$ and a closed streamline cross-section of single box deck. The flutter and buffeting performances were investigated via wind tunnel tests of a full bridge aeroelastic model at a geometric scale of 1:211. The tests were conducted in both smooth wind and simulated boundary layer wind fields. Emphasis is placed on studying the interference effect of adjacent span via installing a wind deflector and a wind separating board to shelter one span of the bridge model from incoming flow. Issues related to effects of mid-tower stiffness and deck supporting conditions are also discussed. The testing results show that flutter critical wind velocities in smooth flow, with a wind deflector, are remarkably lower than those without. In turbulent wind, torsional and vertical standard deviations for the deck responses at midspan in testing cases without wind deflector are generally less than those at the midspan exposed to wind in testing cases with wind deflector, respectively. When double main spans are exposed to turbulent wind, the existence of either span is a mass damper to the other. Furthermore, both effects of mid-tower stiffness and deck supporting conditions at the middle tower on the flutter and buffeting performances of the Maanshan Bridge are unremarkable.
Although a lot of experimental and analytical investigations have been carried out for steel bridge piers made of SS400 and SM490, the formulas available for SS400 and SM490 are not suitable for evaluating ultimate load and deformation capacities of steel bridge piers made of high strength steel (HSS) SM570. The effect of various parameters is investigated in this paper, including plate width-to-thickness ratio, column slenderness ratio and axial compression force ratio, on the ultimate load and deformation capacities of steel bridge box piers made of SM570 steel subjected to cyclic loading. The elasto-plastic behavior of the steel bridge piers under cyclic loads is simulated through plastic large deformation finite element analysis, in which a modified two-surface model (M2SM) including cyclic hardening is employed to trace the material nonlinearity. An extensive parametric study is conducted to study the influences of structural parameters on the ultimate load and deformation capacities. Based on these analytical investigations, new formulas for predicting ultimate load and deformation capacities of steel bridge piers made of SM570 are proposed. This study extends the ultimate load and deformation capacities evaluation of steel bridge piers from SS400, SM490 steels to SM570 steel, and provides some useful suggestions.
The accuracy and integrity of stress data acquired by bridge heath monitoring system is of significant importance for bridge safety assessment. However, the missing and abnormal data are inevitably existed in a realistic monitoring system. This paper presents a data reconstruction approach for bridge heath monitoring based on the wavelet multi-resolution analysis and support vector machine (SVM). The proposed method has been applied for data imputation based on the recorded data by the structural health monitoring (SHM) system instrumented on a prestressed concrete cable-stayed bridge. The effectiveness and accuracy of the proposed wavelet-based SVM prediction method is examined by comparing with the traditional autoregression moving average (ARMA) method and SVM prediction method without wavelet multi-resolution analysis in accordance with the prediction errors. The data reconstruction analysis based on 5-day and 1-day continuous stress history data with obvious preternatural signals is performed to examine the effect of sample size on the accuracy of data reconstruction. The results indicate that the proposed data reconstruction approach based on wavelet multi-resolution analysis and SVM is an effective tool for missing data imputation or preternatural signal replacement, which can serve as a solid foundation for the purpose of accurately evaluating the safety of bridge structures.
Violin bridge blank cut from maple wood with good quality has typical pattern of the radial direction in the side edge with minimal dispersion. This experimental study was designed and carried out to examine the effect of the physical and macroscopical characteristics on the compressive creep of violin bridge blank which had been imported from European manufacturer. This research arose from the idea that the maple solid wood with heterogeneous wood density and ray direction in the side edge would have uneven rheological property of violin bridge blank which is supposed to be pressed by the tension of strings. Experimentally, the compressive creep of bridge blank became smaller with the higher density of imported maple wood and showed clear density-dependence for the duration of load under the string tension of 5 kgf. Every bridge blank showed the behavior of primary creep stage(stress stabilization) having logarithmic regression creep curve with high correlation coefficient under the designed stress level. Even though the relationship between compressive creep and ray direction on the side edge of bridge was not so clear contrary to expectation, we could conclude that wood density and ray direction should be the quality decisive factors affecting the acoustical characteristics and performance of the bridge, the core member of violin-family bow instruments.
Gunaydin, Murat;Adanur, Suleyman;Altunisik, Ahmet Can;Sevim, Baris
Structural Engineering and Mechanics
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제42권4호
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pp.489-505
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2012
In this study, it is aim to perform the construction stage analysis of suspension bridges using time dependent material properties. Fatih Sultan Mehmet Suspension Bridge connecting the Europe and Asia in Istanbul is selected as an example. Finite element models of the bridge are modelled using SAP2000 program considering project drawing. Geometric nonlinearities are taken into consideration in the analysis using P-Delta large displacement criterion. The time dependent material strength variations and geometric variations are included in the analysis. Because of the fact that the bridge has steel structural system, only prestressing steel relaxation is considered as time dependent material properties. The structural behaviour of the bridge at different construction stages has been examined. Two different finite element analyses with and without construction stages are carried out and results are compared with each other. As analyses result, variation of the displacement and internal forces such as bending moment, axial forces and shear forces for bridge deck and towers are given with detail. It is seen that construction stage analysis has remarkable effect on the structural behaviour of the bridge.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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