Balanced cantilever construction is extensively used in the construction of prestressed concrete (PSC) box-girder bridges. Shear-lag effect is usually considered in finished bridges, while the cumulative shear-lag effect in bridges during balanced cantilever construction is considered only rarely. In this paper, based on the balanced cantilever construction sequences of large-span PSC box-girder bridges, the difference method is employed to analyze the cumulative shear-lag effect of box girders with varying depth under the concrete segments' own weight. During cantilever construction, no negative shear-lag effect is generated, and the cumulative shear-lag effect under the balanced construction procedure is greater than the instantaneous shear-lag effect in which the full dead weight is applied to the entire cantilever. Three cross-sections of Jianjiang Bridge were chosen for the experimental observation of shear-lag effect, and the experimental results are in keeping with the theoretical results of cumulative shear-lag effect. The research indicates that only calculating the instantaneous shear-lag effect is not sufficiently safe for practical engineering purposes.
Altunisik, Ahmet Can;Bayraktar, Alemdar;Sevim, Baris;Adanur, Suleyman;Domanic, Arman
Structural Engineering and Mechanics
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제36권2호
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pp.207-223
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2010
The aim of this study concerns with the construction stage analysis of highway bridges constructed with balanced cantilever method using time dependent material properties. K$\ddot{o}$m$\ddot{u}$rhan Highway Bridge constructed with balanced cantilever method and located on the 51st km of Elazi$\check{g}$-Malatya, Turkey, highway over Firat River is selected as an application. Finite element models of the bridge are modelled using SAP2000 program. Geometric nonlinearity is taken into consideration in the analysis using P-Delta plus large displacement criterion. The time dependent material strength variations and geometric variations are included in the analysis. Elasticity modulus, creep and shrinkage are computed for different stages of the construction process. 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 internal forces such as bending moment, axial forces and shear forces for bridge deck and column are given with detail. It is seen that construction stage analysis has remarkable effect on the structural behaviour of the bridge.
A general step-by-step simulation for the time-dependent analysis of segmentally-erected prestressed concrete box-girder bridges is presented. A three dimensional finite-element model for the balanced-cantilever construction of segmental bridges, including effects of the load history, material nonlinearity, creep, shrinkage, and aging of concrete and the relaxation of prestressing steel was developed using ABAQUS software. The models included three-dimensional shell elements to model the box-girder walls and Rebar elements representing the prestressing tendons. The step-by-step procedure allows simulating the construction stages, effects of time-dependent deformations of materials and changes in the structural system of the bridges. The structural responses during construction and throughout the service life were traced. A comparison of the developed computer simulation with available experimental results was conducted and good agreement was found. Deflection of the bridge deck, changes in stresses and strains and the redistribution of internal forces were calculated for different examples of bridges, built by the balanced-cantilever method, over thirty-year duration. Significant time-dependent effects on the bridge deflections and redistribution of internal forces and stresses were observed. The ultimate load carrying capacities of the bridges and the behavior before collapse were also determined. It was observed that the ultimate load carrying capacity of such bridges decreases with time as a result of time-dependent effects.
Gabriela G., Machado;Americo Campos, Filho;Paula M., Lazzari;Bruna M., Lazzari;Alexandre R., Pacheco
Structural Engineering and Mechanics
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제85권2호
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pp.163-177
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2023
The design of segmental bridges, a structure that typically employs precast prestressed concrete elements and the balanced cantilever construction method for the deck, may demand a highly complex structural analysis for increased precision of the results. This work presents a comprehensive numerical analysis of a 3D finite element model using the software ANSYS, version 21.2, to simulate the constructive deck stages of the New Guaiba Bridge, a structure located in Porto Alegre city, southern Brazil. The materials concrete and steel were considered viscoelastic. The concrete used a Generalized Kelvin model, with subroutines written in FORTRAN and added to the main model through the customization tool UPF (User Programmable Features). The steel prestressing tendons used a Generalized Maxwell model available in ANSYS. The balanced cantilever constructive steps of a span of the New Guaiba Bridge were then numerically simulated to follow the actual constructive sequence of the bridge. A comparison between the results obtained with the numerical model and the actual vertical displacement data monitored during the bridge's construction was carried out, showing a good correlation.
Since 1993, Seohae grand bridge has been continued construction for 7 years and will be completed late this year. The bridge is a part of west sea castal highway and consists of 3 types of bridge including precast segmental method, free cantilever method and cable stayed bridge. A cable stayed bridge is the core of this bridge and it consists of 5 span, symetrical cable-stayed bridge with a total length of 990 m. The main span between two H-shaped pylons extending approximately 180 M above massive foundation of a cable stayed bridge is 470 m long and an approach span of that is 260 m long respectively. The circular cofferdam with 16 ea of 25 m diameter flat type sheet pile had been applied to construct foundation. The slipform method had been applied for forming of con'c of two H-shaped pylons with 3 cross beams respectively which is varied horizontally and vertically. The deck has been erected with balanced cantilever method using movable derrick crane. The stay cables is a bundle of parallel individually protected, 7 wire high tensile strands. The strands is hot deep galvanized and sheathed with a tight high density polyethylene coating. A petroleum wax fills all the inter-wire voids. The bundle of strands to prevent from deterioration due to the ambient problem covered with high density polyethylene pipe. The Isotension method has been applied for the stressing of cable strands to ensure uniformity of force in all the strands of a syay and such works has been performed on the stay specially provided in the pylon.
In this paper, nonlinear static analysis of three-dimensional cable stayed bridges is performed for the time dependent materials properties such as creep, shrinkage and aging of concrete and relaxation of cable. Manavgat Cable-Stayed Bridge is selected as an application. The bridge located in Antalya, Turkey, was constructed with balanced cantilever construction method. Total length of the bridge is 202 m. The bridge consists of one $\ddot{e}$ shape steel tower. The tower is at the middle of the bridge span. The construction stages and 3D finite element model of bridge are modeled with SAP2000. Large displacement occurs in these types of bridges so geometric nonlinearity is taken into consideration in the analysis by using P-Delta plus large displacement criterion. The time dependent material strength and geometric variations are included in the analysis. Two different finite element analyses carried out which are evaluated with and without construction stages and results are compared with each other. As a result of these analyses, variation of internal forces such as bending moment, axial forces and shear forces for bridge tower and displacement and bending moment for bridge deck are given with detailed. It is seen that construction stage analysis has a remarkable effect on the structural behavior of the bridge.
Nowadays balanced cantilever construction plays an essential role as a sophisticated erection technique of bridges due to its economical and ecological advantages. Experience teaches that wind has a great importance with regard to this construction technique, but methods proposed by codes to take wind effects into account are still rather crude and, in most cases, completely lacking. Also research in this field is quite limited and aimed at studying only the longitudinal shear and the torque at the pier base, caused by the mean wind velocity and by the longitudinal turbulence actions over the deck. This paper advances the present solutions by developing a new procedure that takes into account all wind effects both on the deck and on the pier. The proposed model assumes the mean wind velocity as orthogonal to the bridge plane and considers the effects produced by all the three turbulence components and by the vortex shedding. The applications point out the role of each loading component on different bridge configurations and show that disregarding the presence of some effects may imply oversimplified results and relevant underestimations.
The aim of this paper is to determine the effect of soil-structure interaction and time dependent material properties on behavior of concrete box-girder highway bridges. Two different finite element analyses, one stage and construction stage, have been carried out on Komurhan Bridge between Elazi$\breve{g}$ and Malatya province of Turkey, over Fırat River. The one stage analysis assume that structure was built in a second and material properties of structure not change under different loads and site conditions during time. However, construction stage analysis considers that construction time and time dependent material properties. The main and side spans of bridge are 135 m and 76 m, respectively. The bridge had been constructed in 3 years between 1983 and 1986 by balanced cantilever construction method. The parameters of soil-structure interaction (SSI), time dependent material properties and construction method are taken into consideration in the construction stage analysis while SSI is single parameter taking into consideration in the one stage analysis. The 3D finite element model of bridge is created the commercial program of SAP2000. Time dependent material properties are elasticity modulus, creep and shrinkage for concrete and relaxation for steel. Soft, medium, and firm soils are selected for evaluating SSI in both analyses. The results of two different finite element analyses are compared with each other. It is seen that both construction stage and SSI have a remarkable effect on the structural behavior of the bridge.
Prestressed concrete(PSC) bridge structures with a number of continuous spans has been segmentally built in many countries. These methods include incremental launching method, movable scaffolding method, full staging method and balanced cantilever method. In these segmentally constructed prestressed concrete bridges, many construction joints exist and these construction joints are weak points in PSC bridges. The prestress force can be introduced prestress force continuously through the construction joints of PSC bridge superstructure using tendon couplers. The main objective of this study is to evaluate the structural behavior and ultimate flexural strength of construction joints in PSC girder bridge members. To this end, a comprehensive experimental program has been set up and a series of full-scale tests have been performed. Ultimate flexural strength of construction joint in PSC members with tendon couplers is decreased by approximately 10% for non-coupled members.
프리캐스트 세그먼트의 가설 장비인 런칭트러스는 다른 일반적인 트러스 구조물과는 달리 사재와 상현재, 사재와 하현재간의 연결이 완전한 핀구조로 이루어져 있다. 이러한 런칭트러스의 실거동 파악을 위한 현장측정을 실시한 결과, 측정응력과 계산응력의 상당한 차이가 분석되었다. 따라서 본 연구에서는 측정치를 바탕으로 런칭트러스의 연결부의 특성에 따른 거동상태를 고려하여 분석을 실시하였으며, 그 결과 핀연결부의 비정상적인 거동에 의하여 실제 런칭트러스는 시공단계에 따라 해석적으로 평가되는 정상적 거동과 상당히 차이가 나는 거동이 발생하는 것으로 나타났다. 한편, 정상 거동상태에서의 런칭트러스의 안전성 평가를 위하여 실제 런칭트러스를 이용한 교량 가설시에 적용되는 Balanced Cantilever 공법에 있어 주요 가설 단계를 조합하여 각부재의 사하중과 활하중의 조합에 의한 최대 응력을 분석한 결과 Balanced Cantilever 공법에 의하여 인장응력과 압축응력의 상호 상쇄 작용으로 오히려 1개의 세그먼트를 가설하는 경우보다 낮은 응력이 분석되었으며, 발생 최대응력을 허용응력과 비교한 결과, 해석적으로 런칭트러스는 충분한 구조 안전성을 확보하는 것으로 판단된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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