Flexible stay cables on cable-stayed bridges are three-dimensional. They sag and flex in the complex wind environment, which is a different situation to ideal rigid cylinders in two-dimensional wind flow. Aerodynamic interference and the response characteristics of wake galloping of full-scale parallel cables are potentially different due to three-dimensional flows around cables. This study presents a comprehensive wind tunnel investigation of wake galloping of parallel stay cables using three-dimensional aeroelastic cable models. The wind tunnel study focuses on the large spacing instability range, addressing the effects of cable separation, wind yaw angle, and wind angle of attack on wake galloping response. To investigate the effectiveness of vibration suppression measures, wind tunnel studies on the transversely connected cable systems for two types of connections (flexibility and rigidity) at two positions (mid-span and quarter-span) were also conducted. This experimental study provides useful insights for better understanding the characteristics of wake galloping that will help in establishing a guideline for the wind-resistant design of the cable system on cable-stayed bridges.
Kim, Yu Hee;Go, Hyeong Gyu;Kim, Jae Cheon;Shin, Soobong
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.16
no.3
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pp.84-91
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2012
This paper aims to investigate the effects of cable rupture on the dynamic responses of concrete cable-stayed bridges in comparison with those of steel composite ones. It examines an adequate analysis method for simulating cable rupture using a time history function and evaluates the design guidelines for dynamic amplification factor (DAF). The computed DAFs from a concrete cable-stayed bridge are compared with those from a steel composite one based on the design guideline. As a conclusion, the current design guidelines for DAF may be reliable in overall but show some unstable cases despite satisfying the design guidelines, especially for concrete cable-stayed bridges.
This paper uses the finite element method to simultaneously consider the coupled cable-deck vibrations and the parametric vibrations of stay cables in dynamic analysis of a cable-stayed bridge. The stay cables are represented by some cable finite elements, which can consider the parametric vibration of the cables. In addition to modeling stay cables using multiple link cable elements, a procedure for removing the self-weight term of cable element is proposed. A eigenvalue analysis process using dynamic condensation method for sorting out the natural modes of the girder-tower vibrations and the Rayleigh damping considering element damping for damping matrix are also proposed for dynamic analyses of cable-stayed bridges. The possibilities of using cable elements and of using global and local vibrations to evaluate the parametric vibrations of stay cables in a cable-stayed bridge are confirmed, respectively.
To investigate the seismic performance of long-span partially earth-anchored cable-stayed bridge, a super long-span partially earth-anchored cable-stayed bridge scheme with main span of 1400m is taken as example, structural response of the bridge under E1 seismic action is investigated numerically by the multimode seismic response spectrum and time-history analysis, seismic behavior and also the effect of structural geometric nonlinearity on the seismic responses of super long-span partially earth-anchored cable-stayed bridges are revealed. The seismic responses are also compared to those of a fully self-anchored cable-stayed bridge with the same main span. The effects of structural parameters including the earth-anchored girder length, the girder width, the girder depth, the tower height to span ratio, the inclination of earth-anchored cables, the installation of auxiliary piers in the side spans and the connection between tower and girder on the seismic responses of partially ground-anchored cable-stayed bridges are investigated, and their reasonable values are also discussed in combination with static performance and structural stability. The results show that the horizontal seismic excitation produces significant seismic responses of the girder and tower, the seismic responses of the towers are greater than those of the girder, and thus the tower becomes the key structural member of seismic design, and more attentions should be paid to seismic design of these sections including the tower bottom, the tower and girder at the junction of tower and girder, the girder at the auxiliary piers in side spans; structural geometric nonlinearity has significant influence on the seismic responses of the bridge, and thus the nonlinear time history analysis is proposed to predict the seismic responses of super long-span partially earth-anchored cable-stayed bridges; as compared to the fully self-anchored cable-stayed bridge with the same main span, several stay cables in the side spans are changed to be earth-anchored, structural stiffness and natural frequency are both increased, the seismic responses of the towers and the longitudinal displacement of the girder are significantly reduced, structural seismic performance is improved, and therefore the partially earth-anchored cable-stayed bridge provides an ideal structural solution for super long-span cable-stayed bridges with kilometer-scale main span; under the case that the ratio of earth-anchored girder length to span is about 0.3, the wider and higher girder is employed, the tower height-to-span ratio is about 0.2, the larger inclination is set for the earth-anchored cables, 1 to 2 auxiliary piers are installed in each of the side spans and the fully floating system is employed, better overall structural performance is achieved for long-span partially earth-anchored cable-stayed bridges.
In this paper a study about concrete arch bridges built by lattice cantilevers is presented. Lattice cantilevers are partial structures composed of deck, arch, piers and provisional steel diagonals, organized as reticular cantilever girders, in order to build arch bridges without the use of centrings, supports or temporary towers. Characteristics of this construction methodology with its variants are explained together with their implications in the erection sequence. Partial elastic scheme method is implemented in order to find initial forces of temporary cables and a forward analysis is carried out to follow the actual sequence of construction, by extending a procedure already applied to concrete cable-stayed bridges and to arches built by the classical suspended cantilever method. A numerical application on a case-study of a concrete arch bridge is performed together with a comparison between different methodologies followed for its construction sequence. Differences between erection by lattice cantilevers and cable-stayed cantilevers, are discussed. Results can be useful for designers in conceptual design of concrete arch bridges.
To explore the favorable structural system of cable-stayed bridges with ultra-kilometer main span, based on a fully self-anchored cable-stayed bridge with 1400 m main span, a partially earth-anchored cable-stayed bridge scheme with the same main span is designed. Numerical investigation on the dynamic characteristics, aerostatic and aerodynamic stability of both two bridge schemes is conducted, and the results are compared to those of a suspension bridge with similar main span, and considering from the aspect of wind stability, the feasibility of using partially earth-anchored cable-stayed bridge in super long-span bridges with ultra-kilometer main span is discussed. Moreover, the effects of structural design parameters including the length of earth-anchored girder, the number of auxiliary piers in side span, the height and width of girder, the tower height etc on the dynamic characteristics, aerostatic and aerodynamic stability of a partially earth-anchored cable-stayed bridge are analyzed, and their reasonable values are proposed. The results show that as compared to fully self-anchored cable-stayed bridge and suspension bridge with similar main span, the partially earth-anchored cable-stayed bridge has greater structural stiffness and better aerostatic and aerodynamic stability, and consequently becomes a favorable structural system for super long-span bridges with ultra-kilometer main span. The partially earth-anchored cable-stayed bridge can achieve greater stiffness and better wind stability under the cases of increasing the earth-anchored girder length, increasing the height and width of girder, setting several auxiliary piers in side span and increasing the tower height.
Most of the methods presented in the literature to define the target service stresses (Objective Service Stage, OSS) of cable-stayed bridges rarely include the time-dependent phenomena effects. Nevertheless, especially in concrete structures, this assumption might be on the unsafe side because time-dependent phenomena usually modify service stresses. To fill this gap, this paper studies the time-dependent phenomena effects into service stresses of concrete cable-stayed bridges. After illustrating the important role of these phenomena in an asymmetrical cable-stayed bridge without backstay, a new method to include their effects into the OSS is presented. An important issue to be considered in this method is the target time in which the OSS is defined to be achieved. The application of this method to two different structures showed the convenience of defining the OSS to be achieved at early times because that way the envelope of service stresses is reduced.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2003.09a
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pp.326-333
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2003
Most long-span bridges such as a cable-stayed bridges have a number of long-period modes due to the flexibility, thus the design concept extending the natural period of structures using base isolation system may be difficult to use directly to these structures. But, the effectiveness of LRB for cable-stayed bridges is indicated in several papers. In this study, the guidelines of designing LRB for a seismically excited cable-stayed bridge using benchmark cable-stayed bridge are presented. The design properties of LRB are chosen that the design index(DI) is minimized or little changed for variation of properties. And the seismic performance of designed LRB is also investigated. The consequences show that the perforamnce of designed LRB is better than that of simply designed LRB for several history earthquakes. Moreover, the design properties of LRB are researched to several diffrent dominant frequency of earthquake. The results present that the plastic and elastic stiffness of LRB are affected by the dominant frequency of earthquake.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.20
no.1
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pp.1-7
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2007
This study introduces an elastic parabolic cable element for initial shaping analysis of cable-stayed bridges. First, an elastic catenary cable theory is shortly summarized by deriving the compatibility condition and the tangent stiffness matrices of the elastic catenary cable element. Next, the force-deformation relations and the tangent stiffness matrices of the elastic parabolic cable elements are derived from the assumption that sag configuration under self-weights is small. In addition the equivalent cable tension is defined in the chord-wise direction. Finally, to confirm the accuracy of this element, initial shaping analysis of cable-stayed bridges under dead loads is executed using TCUD in which stay cables are modeled by an elastic parabolic cable and an elastic catenary cable element, respectively. Resultantly it turns that unstrained lengths of stay cables, the equivalent cable tensions, and maximum tensions by the parabolic cable element are nearly the same as those by the catenary cable elements.
Journal of Korean Society of Disaster and Security
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v.15
no.4
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pp.31-38
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2022
In the case of special bridges whose superstructure is supported by cables, there are many blind spots that are difficult to access without special equipment and personnel. As a result, there are difficulties in the safety inspection of special bridges. The purpose of this study is to review the inspection blind spots of cable-supported bridges such as cable-stayed bridges and suspension bridges, and to study ways to eliminate blind spots using drones. To this end, the cables, stiffened girder, and pylons of the cable-stayed bridge located in the sea were inspected using drones. Through this study, it was confirmed that external safety inspection of special bridges that are difficult for inspectors to access is possible using drones. In particular, drone inspection to check the external condition and damage of the pylon, which is a blind spot for inspection of special bridges, is a very effective safety inspection method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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