Kim, Seung-Jun;Choi, Jun-Ho;Won, Deok-Hee;Han, Taek-Hee;Kang, Young-Jong
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.23
no.6
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pp.747-761
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2011
This paper presents an investigation on the change in the statical behavior and the ultimate capacity of steel cable-stayed bridges after cable failure. Cable failure can occur due to fire, direct vehicle clash accidents, cable or anchorage fatigue, and so on. Moreover, the cable may be temporarily disconnected during cable replacement work. When cable failure occurs, the load, that was supported by the broken cable is first transferred to another cable. Then the structural state changes due to the interaction between the girder, mast, and cables. Moreover, it can be predicted that the ultimate capacity will decrease after cable failure, because of the loss of the support system. In this study, the analysis method is suggested to find the new equilibrium state after cable failure based on the theory of nonlinear finite element analysis. Moreover, the ultimate analysis method is also suggested to analyze the ultimate behavior of live loads after cable failure. For a more rational analysis, a three-step analysis procedure is suggested and used, which consisted of initial shape analysis, cable failure analysis, and live load analysis. Using this analysis method, an analytical study was performed to investigate the changes in the structural state and ultimate behavior of steel cable-stayed bridges.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.34
no.1
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pp.49-60
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2014
For simple and accurate analysis for behaviors of multi-span suspension bridges which are expected to be frequently constructed as strait-crossing bridges, the deflection theory as the peculiar theory of a suspension bridge can be applied. This paper performs a structural analysis for four-span suspension bridges using the deflection theory. Simply-supported beams with tension are used for girders and the deflections of the beams due to the vertical loads and moments at supports are calculated. The calculation is performed iteratively until the deflections satisfy the compatibility equations of cables. The results of the deflection theory analysis considering tower rigidity are compared with those of the finite element analysis for verification. Importance of the tower rigidity for four-span suspension bridges is confirmed using various compatibility equations of the cable due to variation of the constraint conditions between main cable and top of towers. In addition, the simple parametric analysis for variation of the center tower rigidity is performed.
This study was intended to efficiently perform the probabilistic optimal safety assessment of steel cable-stayed bridges (SCS bridges) using stochastic finite element analysis (SFEA) and expected life-cycle cost (LCC) concept. To that end, advanced probabilistic finite element algorithm (APFEA) which enables to execute the static and dynamic SFEA considering aleatory uncertainties contained in random variable was developed. APFEA is the useful analytical means enabling to conduct the reliability assessment (RA) in a systematic way by considering the result of SFEA based on linearity and nonlinearity of before or after introducing initial tensile force. The appropriateness of APFEA was verified in such a way of comparing the result of SFEA and that of Monte Carlo Simulation (MCS). The probabilistic method was set taking into account of analytical parameters. The dynamic response characteristic by probabilistic method was evaluated using ASFEA, and RA was carried out using analysis results, thereby quantitatively calculating the probabilistic safety. The optimal design was determined based on the expected LCC according to the results of SFEA and RA of alternative designs. Moreover, given the potential epistemic uncertainty contained in safety index, failure probability and minimum LCC, the sensitivity analysis was conducted and as a result, a critical distribution phase was illustrated using a cumulative-percentile.
Journal of the Korean Institute of Landscape Architecture
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v.29
no.6
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pp.11-20
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2002
This study aims to discover the landscape image of bridges and their harmonization wish surrounding sceneries. This research utilized the basic study tool of psycho-physics and processed the case study of five types of bridges on the Han-River, Seoul. Twenty-one bridges on Han-River were classified into five categories ; the cable stayed bridge, the arch bridge, the girder bridge, the trust bridge and the suspension bridge. Also, aesthetic elements of the bridges including the form the texture, the color, the scale and the harmony were examined. The questionaires to analysis the image and harmonization with surrounding sceneries were designed using semantic differential scale and 5 point Likert scale. The results of the research were as follows. First, components representing the images of bridge landscape are classified into three types, ‘beauty’, ‘weightfulness’ and ‘friendliness’. Second, the image of each bridge as a whole turns out not to be different from each other but to be different in the context of neighboring sceneries. It was also determined that both the Cable Stayed Bridge type and the Arch Bridge type are the most attractive. But, the former does have a more masculine image, and the latter has a m[n feminine image. Third, the Cable Stayed Bridge and the Arch Bridge were evaluated highly in terms of harmonization with surrounding landscapes, while the Girder Bridge received the lowest evaluation. All of the above results suggest that the bridges should be constructed not only for beauty itself in form, color, texture and scale, but also in harmonization with the surrounding landscape. Lastly, it is desirable to do further research to find out sort specific design principles that exist between bridges and tangible surrounding landscape types.
In this study, the advanced numerical algorithm is developed which can performed the static and dynamic stochastic finite element analysis by considering the effect of uncertainties included in the member stiffness of steel cable-stayed bridges and seismic load. After conducting the linear and nonlinear initial shape analysis, the advanced numerical algorithm is the assessment tool which can performed structural the response analysis considering the static linearity and non-linearity of before or after induced intial tensile force, and examined the reliability assessment more efficiently. The verification of the developed numerical algorithm is evaluated by analyzing the regression analysis and coefficient of correlation using the direct monte carlo simulation. Also, the dynamic response characteristic and coefficient of variation of the steel cable-stayed bridge is calculated by considering the uncertainty of random variables using the developed numerical algorithm. In addition, the quantitative structural safety of the steel cable-stayed bridges is evaluated by conducting the reliability assessment based upon the dynamic stochastic finite element analysis result.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.13
no.5
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pp.85-98
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1993
A method of analysis for the material and geometric nonlinear analysis of planar prestressed concrete cable-stayed bridges including the time-dependent effects due to load history, creep, shrinkage, aging of concrete and relaxation of prestress is described. The analysis procedure, based on the finite element method, is capable of predicting the response of these structures through elastic, cracking, inelastic and ultimate ranges. The nonlinear formulation for the description of motion is based on the updated Lagrangian approach. To account for the material nonlinearity, nonlinear stress-strain relationship and cracking of concrete, nonlinear stress-strain relationships of reinforcing steel, prestressing steel, and cable, including load reversal are given. Results from a numerical examples on ultimate analyses of cable-stayed bridges are presented to illustrate the analysis method.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.10
no.6
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pp.113-123
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2006
As Cable-stayed bridges were constructed to the long span, they have become bigger and had weaknesses to vibration induced by earthquake, wind and vehicle loads. Structural damages induced by these loads affect the characteristic of vibration modes of structure. Damage detection of cable-stayed bridges by using existing safety diagnosis is difficult to detect the characteristic change of overall structural action. Also it requires very much time and cost. So in this study, the investigation of characteristic change of structural action and the detection of structural damages is analyzed by using characteristic properties of vibration mode before and after structural damage.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.34
no.3
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pp.137-149
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2021
Cable-stayed bridges are infrastructure facilities of a highly public nature; therefore, it is essential to ensure operational safety and prompt response in the event of a collapse or damage caused by natural and social disasters. Among social disasters, impact accidents can occur in bridges when a vehicle collides with a pier or when crashes occur due to aircraft defects. In the case of offshore bridges, ship collisions will occur at the bottom of the pylon. In this research, a procedure to evaluate the structural behavior of a cable-stayed bridge for aircraft impact is suggested based on a numerical analysis approach, and the feasibility of the procedure is demonstrated by performing an example assessment. The suggested procedure includes 1) setting up suitable aircraft impact hazard scenarios, 2) structural modeling considering the complex behavior mechanisms of cable-stayed bridges, and 3) structural behavior evaluation of cable-stayed bridges using numerical impact simulation. It was observed that the scenario set in this study did not significantly affect the target bridge. However, if impact analysis is performed through various scenarios in the future, the load position and critical load level to cause serious damage to the bridge could be identified. The scenario-based assessment process employed in this study is expected to facilitate the evaluation of bridge structures under aircraft impact in both existing bridges and future designs.
Recently, a cable disconnection accident occurred due to a lightning strike at the Seohae Bridge located in Dangjin-Pyeongtaek City. This is a natural occurrence, but it is a recall that it is very important to review the safety issues due to the disconnection of cable bridges. In other words, the role of cables in cable bridges has a profound effect on the safety of the structure, and it has become necessary to grasp the effect on the entire structural system. The cable bridge is an economic bridge that builds the main tower and supports the bottom plate by cable. The influence of the cable is the main member, which is a big influence on the safety of the whole bridge system. In the cable-stayed bridge, the cables exhibit nonlinear behavior because of the change in sag, due to the dead weight of the cable, which occurs with changing tension in the cable resulting from the movement of the end points of the cable as the bridge is loaded. Modal analysis is conducted using the deformed dead-load tangent stiffness matrix. A new concept was presented by using divided a cable into several elements in order to study the effect of the cable vibration (both in-plane and swinging) on the overall bridge dynamics. The result of this study demonstrates the importance of cable vibration on the overall bridge dynamics.
Bridge types such as the suspension bridges and the cable stayed bridges maintained by cables present the dangerous possibility of a ship running through the bottom of the bridge. Due to hangers and main cables in the upper structural system, the bridge is also susceptible to disasters. However, these cable bridges are usually used for long span bridges over the sea. This structure is relatively more exposed to disasters, such as wind, hail, and earthquake, than other structures. This structure also has the potential to cause car accidents on account of the poor visibility due to foggy conditions. If a fire breaks out because of a car accident due to wind, a car explosion will likely occur.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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