The sag effect of long stay cables is one of the key factors restricting further increase in the span of cable-stayed bridges. Based on the formerly proposed concept of long stay cables lifted by an auxiliary suspension cable in cross-strait cable-stayed bridges, corresponding static approximate calculations and analytical theory based on catenary and parabolic cable configurations are established. Taking a main span 1400 m cable-stayed bridge as the research object, three typical lifting conditions and the whole process of auxiliary cable lifting are analyzed and discussed. The results show that the sag effect is effectively reduced. The support efficiency is only improved when the cables are lifted above the original cable chord. Reduction of the horizontal component force of the cable is limited. The equivalent elastic modulus and the vertical support stiffness of the lifted cables are significantly increased with increased horizontal projection length and not sensitive to the change of the lifting point position. The scheme of lifting the cable to the chord midpoint is more economical because of the less steel required for the auxiliary suspension cable, but its effect on improving the vertical support efficiency is limited. The support efficiency is better when the cable is lifted to the cable end tangential to the original cable chord, but the lifting force and the cross-sectional area of the auxiliary suspension cable are doubled. The approximate calculation results of the lifted cables are very close to the numerical analysis results, which verifies the applicability of the approximation method proposed in this study. The results of parabolic approximation calculations are approximately equal to that of catenary cable geometry. As the parabolic approximation analysis theory of lifted cables is more convenient in mathematical processing, it is feasible to use parabolic approximation analysis theory as the analytical method for the conceptual design of lifted cables of super-long span cable-stayed bridges.
Gil, Heungbae;Park, Sun Kyu;Han, Kyoung Bong;Yoon, Wan Seok
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.24
no.4
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pp.169-178
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2020
In a previous paper, ambient vibration tests were conducted on a cable stayed bridge with resilient-friction base isolation systems (R-FBI) to extract the dynamic characteristics of the bridge and compare the results with a seismic analysis model. In this paper, a nonlinear seismic analysis model was established for analysis of the bridge to compare the difference in seismic responses between nonlinear time history analysis and multi-mode spectral analysis methods in the seismic design phase of cable supported bridges. Through these studies, it was confirmed that the seismic design procedures of the "Korean Highway Bridge Design Code (Limit State Design) for Cable Supported Bridges" is not suitable for cable supported bridges installed with R-FBI. Therefore, to reflect the actual dynamic characteristics of the R-FBI installed on cable-supported bridges, an improved seismic design procedure is proposed that applies the seismic analysis method differently depending on the seismic isolation effect of the R-FBI for each seismic performance level.
The cable-stayed-suspension hybrid bridge is a cooperative system developed from the traditional cable-stayed and suspension bridges, and takes some advantages of the two bridge systems. It is also becoming a competitive design alternative for some long and super long-span bridges. But due to its great flexibility, the flutter stability plays an important role in the design and construction of this bridge system. Considering the geometric nonlinearity of bridge structures and the effects of nonlinear wind-structure interaction, method and its solution procedure of three-dimensional nonlinear flutter stability analysis are firstly presented. Parametric analyses on the flutter stability of a cable-stayed-suspension hybrid bridge with main span of 1400 meters are then conducted by nonlinear flutter stability analysis, some design parameters that significantly influence the flutter stability are pointed out, and the favorable structural system of the bridge is also discussed based on the wind stability.
A new cable-supported bridge model consisting of suspension parts, self-anchored cable-stayed parts and earth-anchored cable-stayed parts is presented. The new bridge model can be used for suspension bridges, cable-stayed bridges, cable-stayed suspension bridges, and partially earth-anchored cable-stayed bridges by varying parameters. Based on the assumption that each structural member is in either an axial compressive or tensile state, and the stress in each member is equal to the allowable stress of the material, the material quantity for each component is calculated. By introducing the unit cost of each type of material, the estimation formula for the cost of the new bridge model is developed. Numerical examples show that the results from the estimation formula agree well with that from the real projects. The span limit of cable supported bridge depends on the span-to-height ratio and the density-to-strength ratio of cables. Finally, a parametric study is illustrated aiming at the relations between three key geometrical parameters and the cost of the bridge model. The optimization of the new bridge model indicates that the self-anchored cable-stayed part is always the dominant part with the consideration of either the lowest total cost or the lowest unit cost. It is advisable to combine all three mentioned structural parts in super long span cable supported bridges to achieve the most excellent economic performance.
The cable-stayed-suspension hybrid bridge is a cooperative system of the cable-stayed bridge and suspension bridge, and takes some advantages and also makes up some deficiencies of both the two bridge systems, and therefore becomes strong in spanning. By taking the cable-stayed-suspension hybrid bridge, suspension bridge and cable-stayed bridge with main span of 1400 m as examples, the mechanics performance including the static and dynamic characteristics, the aerostatic and aerodynamic stability etc is investigated by 3D nonlinear analysis. The results show that as compared to the suspension bridge and cable-stayed bridge, the cable-stayed-suspension hybrid bridge has greater structural stiffness, less internal forces and better wind stability, and is favorable to be used in super long-span bridges.
Gil, Heungbae;Park, Sun Kyu;Han, Kyoung Bong;Yoon, Wan Seok
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.24
no.4
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pp.157-167
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2020
In this study, a field bridge test was conducted to find the dynamic properties of cable supported bridges with resilient-friction base isolation systems (R-FBI). Various ambient vibration tests were performed to estimate dynamic properties of a test bridge using trucks in a non-transportation state before opening of the bridge and by ordinary traffic loadings about one year later after opening of the bridge. The dynamic properties found from the results of the tests were compared with an analysis model. From the result of the ambient vibration tests of the cable supported bridge with R-FBI, it was confirmed that the dynamic properties were sensitive to the stiffness of the R-FBI in the bridge, and the seismic analysis model of the test bridge using the effective stiffness of the R-FBI was insufficient for reflecting the dynamic behavior of the bridge. In the case of cable supported bridges, the seismic design must follow the "Korean Highway Bridge Design Code (Limit State Design) for Cable supported bridges." Therefore, in order to reflect the actual behavior characteristics of the R-FBI installed on cable-supported bridges, an improved seismic design procedure should be proposed.
The flutter characteristics of long span bridges are discussed from the point of the unsteady pressure distribution on bridge deck surface during heaving/torsional vibration related to the aerodynamic derivatives. In particular, it is explained that the coupling terms, which consist of $A_1^*$ and $H_3^*$, play a substantial role on the coupled flutter, in comparison with the flutter characteristics of various structural sections. Also the effect of the torsional/heaving frequency ratio of bridge structures on the flutter instability is discussed from the point of the coupling effect between heaving and torsional vibrations.
In the long span bridge construction, construction cost portion of large scale marine foundation is about 40% (KICTEP, 2007). In this study, designs for deep water depth large composite foundation of a super long span cable-stayed girder bridge of prototype were performed by three design methods (ASD, LRFD, Eurocode) and the behaviors of a large diameter drilled shaft were analyzed and the 3D numerical analysis was performed. As a result, the soft rock socket lengths in allowable stress design estimation method were the longest. The soft rock socket lengths estimated by the design approach 2 among Eurocode and the LRFD were similar. The longer the socket length socketed in the soft rock was, the smaller the axial force acting on a large-diameter drilled shaft head was and the smaller the settlement of drilled shaft was.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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