Fernando L. Tres Junior;Guilherme F. Medeiros;Moacir Kripka
Steel and Composite Structures
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v.51
no.6
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pp.647-659
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2024
Given the increased interest in enhancing structural sustainability, the current study sought to apply multiobjective optimization to a footbridge with a steel-concrete composite I-girder structure. It was considered as objectives minimizing the cost for building the structure, the environmental impact assessed by CO2 emissions, and the vertical accelerations created by human-induced vibrations, with the goal of ensuring pedestrian comfort. Spans ranging from 15 to 25 meters were investigated. The resistance of the slab's concrete, the thickness of the slab, the dimensions of the welded steel I-profile, and the composite beam interaction degree were all evaluated as design variables. The optimization problem was handled using the Multiobjective Harmony Search (MOHS) metaheuristic algorithm. The optimization results were used to generate a Pareto front for each span, allowing us to assess the correlations between different objectives. By evaluating the values of design variables in relation to different levels of pedestrian comfort, it was identified optimal values that can be employed as a starting point in predimensioning of the type of structure analyzed. Based on the findings analysis, it is possible to highlight the relationship between the structure's cost and CO2 emission objectives, indicating that cost-effective solutions are also environmentally efficient. Pedestrian comfort improvement is especially feasible in smaller spans and from a medium to a maximum level of comfort, but it becomes expensive for larger spans or for increasing comfort from minimum to medium level.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.26
no.6
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pp.23-32
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2022
Although PSCB girder bridges account for 4% of the bridges in use on highways, they do not account for much, but 98% of PSCB girder bridges are 1st type and 2nd type of bridge. Also, the total length of the PSCB girder bridge is 16% (192km) of the total length of the highway bridge. Thus, the PSCB girder bridge can be one of the bridge types where maintenance is important. In order to analyze the damage types of PSCB girder bridges, a detailed analysis was conducted by selecting 62 places (477 spans) precision safety diagnosis reports considering ratio of the construction method and snow removal environment exposure class. Analysis of report and a field investigation was conducted, and as a result, most of the causes of deterioration damage were caused by rainwater (salt water) flowing into the bridge pavement soaking in between the top flange and the interface. After concrete slab deteriorate occurred then bridge pavement cracking and breaking increased and exfoliation of concrete occurred by corrosion and expansion of the reinforcing bars occurred. In addition, the cause of cracks in the longitudinal direction on the bottom of the top flange is considered to be cracks caused by restrained drying shrinkage. In conclusion, for reasonable maintenance considering the characteristics of PSCB girder bridges, it should be suggested in the design aspect that restrained drying shrinkage crack on top flange. Also, it is believed that differentiated maintenance method should be proposed according to snow removal environment exposure class.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.22
no.1
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pp.123-128
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2018
Girder bridges and slab bridges are equipped with a system consisting of a flexible joint unit, support, inverted T shaped abutment, and a separate connecting slab structure. These systems have problems such as an increase in cost due to frequent breakage of the expansion joints and a decrease in durability due to a structure with low moment redistribution. To improve these problems, propose Inegral and Semi-Integral Hybrid Slab Bridge and examine the safety through structural analysis. As a result of the review, Inegral and Semi-Integral Hybrid Slab Bridge was the section stiffness is small. but it is confirmed that the structural safety, ductility and flexibility are higher than existing bridges because the moment redistribution and the force transmission are surely performed.
Recently, it is frequently reported that fatigue damages of deck slabs and floor systems of highway bridges occur under the conditions of increasing weight and traffic of heavy vehicles. These troubles are affected by dynamic wheel load of heavy vehicles running on roadway surface roughness with bump at expansion joint. It is required that this kind of traffic-induced vibration of highway bridges must be analyzed by using three-dimensional models of bridge and vehicle. In this study, the three-dimensional dynamic analysis is carried out, and dynamic responses of deck slab and wheel loads of moving vehicle are estimated according to different vehicle speeds and bump heights. Analytical responses of bridge deck slab are compared with experimental ones which were measured at Umeda entrance bridge of Hanshin Expressway in Osaka.
Park, Jin-Woo;Hwang, Hoon-Hee;Kang, Sin-Oh;Cho, Kyung-Sik;Park, Woo-Jin
Journal of the Korean Society of Safety
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v.28
no.5
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pp.41-48
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2013
This paper is intended to provide the background information and justification for Korean highway bridge design code(limit state design)(2012). Limit state design method calculates reliability index and probability of failure through the analysis of the reliability of the experimental database. It has become possible to perform the economical and consistent design by evaluating the safety of a structure quantitatively. In this paper, we used the design specifications of RC slab bridge of superstructure form of Road Design Manual in Part 5 bridge built in highway bridge. This study conducted structural analysis using the method of frame structure theory, design and analysis of bridge by limit state design method, the design code including various standards and Load model applied Korean highway bridge design code limit state design(KHBDC;2012). As a result, it analyzed the effect of safety through comparison. Showing effect of improvement the safety factor and comparing the value of the result, it is determined to be capable of economical design and safety. Furthermore, limit state design method was able to determine many redundant force of cross-section compared with existing design method. It is determined that it can reduce the overall amount because of the reduction of the cross-section and girder depth.
Park, Sangki;Kim, Jaehwan;Jung, Kyu-San;Seo, Dong-Woo;Park, Ki-Tae;Jang, Hyun-Ock
Journal of Korean Society of Disaster and Security
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v.15
no.3
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pp.67-77
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2022
In South Korea, U-type girder development was attempted as a means to increase the length of I-type girder, but due to the large self-weight according to the post-tension method, the application of rail bridges of 30m or less is typical. There are not many examples of application of pre-tension type girder. This study does not limit the post-tension method, but applies the pre-tension method to induce a reduction in self-weight and materials used due to the reduction of the cross-section. In addition, we intend to apply the on-site pre-tensioning method using the internal reaction arm of the U-type girder. The prestressed concrete U-type girder bridge is composed of a concrete deck slab and a composite section. Compared to the PSC I-type, which is an open cross-section because the cross section is closed, structural performance such as resistance and rigidity is improved, the safety of construction is increased during the manufacturing and erection stage, and the height ratio is reduced due to the reduction of its own weight. Therefore, it is possible to secure the aesthetic scenery and economical of the bridge. As a result, it is expected that efficient construction will be possible with high-quality factory-manufactured members and cast-in-place members. In this paper, the introduction of the pre-tension method on-site and the analytical performance verification of the anchoring block for tension are included.
Boules, Philopateer F.;Mehanny, Sameh S.F.;Bakhoum, Mourad M.
Structural Engineering and Mechanics
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v.68
no.1
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pp.67-80
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2018
Recently, U-section decks have been more and more used in metro and light rail bridges as an innovative concept in bridge deck design and a successful alternative to conventional box girders because of their potential advantages. U-section may be viewed as a single vent box girder eliminating the top slab connecting the webs, with the moving vehicles travelling on the lower deck. U-section bridges thus solve many problems like limited vertical clearance underneath the bridge lowest point, besides providing built-in noise barriers. Beam theory in mechanics assumes that plane section remains plane after bending, but it was found that shearing forces produce shear deformations and the plane section does not remain plane. This phenomenon leads to distortion of the cross section. For a box or a U section, this distortion makes the central part of the slab lagging behind those parts closer to the webs and this is known as shear lag effect. A sample real-world double-track U-section metro bridge is modelled in this paper using a commercial finite element analysis program and is analysed under various loading conditions and for different geometric variations. The three-dimensional finite element analysis is used to demonstrate variations in the transverse bending moments in the deck as well as variations in the longitudinal normal stresses induced in the cross section along the U-girder's span thus capturing warping and shear lag effects which are then compared to the stresses calculated using conventional beam theory. This comparison is performed not only to locate the distortion, warping and shear lag effects typically induced in U-section bridges but also to assess the main parameters influencing them the most.
An effective method was proposed in this study which can improve the strengthening effect of continuous girder bridges by external tendons. The improvement of the proposed strengthening method in comparison with conventional methods was analyzed by applying equivalent load concept. In order to verify the strengthening effect, the enhancement of load-carrying capacity achieved by external prestressing was investigated through the test of continuous beams that were or were not strengthened by the external prestressing. The continuous beams were fabricated by making the deck slab continuous according to general construction practice of an actual concrete girder bridge. The test results showed that the deflections and strains of the strengthened beam were significantly reduced when comparing with those of the non-strengthened beam for the same level of external loads, and the stiffness of the member increased by strengthening. In particular, it was verified that the proposed method can effectively reduce the tensile stresses of the deck caused by negative moment at the intermediate supports of a continuous bridge.
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2001.11a
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pp.136-141
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2001
If we build new building after demolition of commercial building that is located in the downtown, it will be caused a social and environmental problem as wasting of resources and generating of waste. In this study, I investigated about remodel ins, this conclusion is given below. 1. Reconstruction cost is 2.1 times, and construction period is 1.4 times as much remodeling. So remodeling has an advantage. 2. For repairing and reinforcing timeworn building, we reinforced it as using carbon fiber sheet (girder, slab) and injecting method steel plate bonding Also, we tried to maintain efficiency of new building as using epoxy to protect concrete crack. 3. In the side of waste products and cost, remodeling has much more advantage than reconstruct. But demolition used construction period much. Because it had to be reused as repairing and reinforcing. And there was no difference between remodeling cost and reconstruct cost. If we develop research with enterprise.university.laboratory to exploit material and equipment and to train specialized engineer who will has a capacity to know construct repair and reinforce, it can be attribute to prevail remodeling in new construct market.
The minimum thickness of long-span deck slab is proposed by checking the limit state according to the Korean highway bridge design code(limit state design). Both minimizing thickness and ensuring safety of deck slab are important design factors to increase a competitive price of the long span deck slabs. The required thicknesses for satisfying flexural capacity, preventing punching shear failure and limiting deflection were calculated by considering KL-510 load model which has increased total load compared to DB 24 from 432 kN to 510 kN. The results of the required thickness for various limit states were compared to propose the minimum thickness as a function of span length of deck slabs. The proposed minimum thickness is influenced by satisfying flexural capacity and limiting deflection. It turns out to be similar compared to the results of the previous study by ultimate strength design method even if the live load model was increased in total weights.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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