Recently, there have been increased much concerns about repair and rehabilitation works for aged concrete structures. It is in particular known that due to repeated overburden vehicles, there are significantly increasing number of aged concrete bridge slabs, which are strongly needed to construct and rehabilitate by innovative construction method. The objective of this research is to develop the new construction method of concrete slab in bridge superstructure, which can contribute to minimize a traffic congestion during repair and rehabilitation works of aged concrete slab, and can sufficiently assure the quality through the minimization of in-situ works at the site. I-beams with punch holes, which are substituted instead of main reinforcing steels in concrete slabs, can be manufactured in accordance with the specification in the factory, and be preassembled into the panel. After erecting the preassembled panels in the site, concrete will be poured into the slab panel. This research is to investigate mechanical properties of I-beam with punch holes itself, and then to investigate structural properties of assembled I-beam panels through static test, of which result can be utilized for the development of the new constructional method for concrete slab in bridge superstructure.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.32
no.3A
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pp.161-169
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2012
This paper presents the safety and strength of simplified composite H-beam panel bridges (SCHPBs) using 3-dimentional finite-element program, ABAQUS (2007) and experimental tests. Two finite-element models (one-steel-girder-and-composite-deck model and four-steel-girder-and-wide-composite-deck model) were reviewed to predict the strength and load distribution factor (LDF) values of the composite bridges. Based on the results of the finite-element analyses, the behaviors of the two models were investigated, and deflection and strain gauges for the experimental specimens were set up to obtain the ultimate strengths and the LDF values. The ultimate strength of the one-steel-girder-and-composite-deck specimen was estimated to be 840 kN. The yield and plastic moments of the four-steel-girder-and-wide-composite-deck specimen were obtained to be 2.4 and 4.1 times the design moment based on the live loading condition of the Korea Bridge Design Specifications (2005). The SCHPB were found to have enough strength for safety under and after construction.
The residual capacity against collapse of a main shock-damaged bridge can be coupled with the aftershock ground motion hazard to make an objective decision on its probability of collapse in aftershocks. In this paper, a steel tower suspension bridge with a main span of 2000 m is adopted for a case-study. Seismic responses of the bridge in longitudinal and transversal directions are analyzed using dynamic elasto-plastic finite displacement theory. The analysis is conducted in two stages: main shock and aftershocks. The ability of the main shock-damaged bridge to resist aftershocks is discussed. Results show that the damage caused by accumulated plastic strain can be ignored in the long-span suspension bridge. And under longitudinal and transversal seismic excitations, the damage is prone to occur at higher positions of the tower and the shaft-beam junctions. When aftershocks are not large enough to cause plastic strain in the structure, the aftershock excitation can be ignored in the seismic damage analysis of the bridge. It is also found that the assessment of seismic damage can be determined by superposition of damage under independent action of seismic excitations.
A cracked bridge with reduced stiffness is susceptible to vehicle-induced vibrations above the warning threshold. This study proposes a pounding tuned mass damper (PTMD) with an adjustable mass and double pounding boundaries covered with a viscoelastic material. The PTMD is intended to reduce bridge vibrations caused by vehicle loads. A vehicle-bridge-PTMD coupled equation of motion is established against the engineering background of a continuous steel-concrete composite girder bridge. The bridge performance degradation is evaluated in terms of crack density and stiffness reduction coefficient, which are determined through field crack investigations. The vehicle-induced vibrations of a cracked continuous steel-concrete bridge are then studied while changing the parameters of the designed PTMD. The PTMD effectively reduced the vehicle-induced vibrations of the bridge. The vibration reduction ratio reached 38.9% after applying three PTMDs with a total mass ratio of 2%. On a simply supported steel-concrete composite beam, three PTMDs with a total mass ratio of 2% reduced the vibration amplitudes by 31.4%.
Park, Min-Seok;Jo, Byung-Wan;Lee, Jungwhee;Kim, Sungkon
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.6A
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pp.799-808
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2008
The analysis of vehicular loads reflecting the domestic traffic circumstances is necessary for the development of adequate design live load models in the analysis and design of cable-supported bridges or the development of fatigue load models to predict the remaining lifespan of the bridges. This study intends to develop an ANN(artificial neural network)-based Bridge WIM system and Influence line-based Bridge WIM system for obtaining information concerning the loads conditions of vehicles crossing bridge structures by exploiting the signals measured by strain gauges installed at the bottom surface of the bridge superstructure. This study relies on experimental data corresponding to the travelling of hundreds of random vehicles rather than on theoretical data generated through numerical simulations to secure data sets for the training and test of the ANN. In addition, data acquired from 3 types of vehicles weighed statically at measurement station and then crossing the bridge repeatedly are also exploited to examine the accuracy of the trained ANN. The results obtained through the proposed ANN-based analysis method, the influence line analysis method considering the local behavior of the bridge are compared for an example cable-stayed bridge. In view of the results related to the cable-stayed bridge, the cross beam ANN analysis method appears to provide more remarkable load analysis results than the cross beam influence line method.
Beam-like structures such as bridge, high building and tower, pipes, flexible connecting rods and some robotic manipulators are often excited by support motions. These structures are important in machines and structures. So, this study proposes an analytic method to accurately predict the dynamic behaviors of the structures during support motions or an earthquake. Using Timoshenko beam theory which is valid even for non-slender beams and for high-frequency responses, the analytic responses of fixed-fixed beams subjected to a real seismic motions at supports are illustrated to show the principled approach to the proposed method. The responses of a slender beam obtained by using Timoshenko beam theory are compared with the solutions based on Euler-Bernoulli beam theory to validate the correctness of the proposed method. The dynamic analysis for the fixed-fixed beam subjected to support motions gives useful information to develop an understanding of the structural behavior of the beam. The bending moment and the shear force of a slender beam are governed by dynamic components while those of a stocky beam are governed by static components. Especially, the maximal magnitudes of the bending moment and the shear force of the thick beam are proportional to the difference of support displacements and they are influenced by the seismic wave velocity.
The monorail system as new transportation system mostly has being constructed as an elevated construction and the track beam as mostly main work type occupy the important parts. The structure of monorail system, the track beam support directly vehicle's load and comprised of the track beam structure to be traveling side and understructure to be transmitted from their load to the ground. In particular, in case of construction to elevated structure in the center of a city, it is important to decision plan for span to be considered the economic, execution and maintenance according to transport, installation, and the structure problem, scene and civil appeals to be decided the beam elevation and span. Therefore the standard span of monorail track beam shall be considered the efficient execution, economic and transportation. And propose to reasonable decision plan incorporated the minimizing the road occupied width due to openness to center of a city and bridge pole, minimize to basis size.
The tension of an arch bridge hanger is estimated using a number of experimentally identified modal frequencies. The hanger is connected through metallic plates to the bridge deck and arch. Two different categories of model classes are considered to simulate the vibrations of the hanger: an analytical model based on the Euler-Bernoulli beam theory, and a high-fidelity finite element (FE) model. A Bayesian parameter estimation and model selection method is used to discriminate between models, select the best model, and estimate the hanger tension and its uncertainty. It is demonstrated that the end plate connections and boundary conditions of the hanger due to the flexibility of the deck/arch significantly affect the estimate of the axial load and its uncertainty. A fixed-end high fidelity FE model of the hanger underestimates the hanger tension by more than 20 compared to a baseline FE model with flexible supports. Simplified beam models can give fairly accurate results, close to the ones obtained from the high fidelity FE model with flexible support conditions, provided that the concept of equivalent length is introduced and/or end rotational springs are included to simulate the flexibility of the hanger ends. The effect of the number of experimentally identified modal frequencies on the estimates of the hanger tension and its uncertainty is investigated.
The conception and experimental assessment of a removable friction-based shear connector (FBSC) for precast steel-concrete composite bridges is presented. The FBSC uses pre-tensioned high-strength steel bolts that pass through countersunk holes drilled on the top flange of the steel beam. Pre-tensioning of the bolts provides the FBSC with significant frictional resistance that essentially prevents relative slip displacement of the concrete slab with respect to the steel beam under service loading. The countersunk holes are grouted to prevent sudden slip of the FBSC when friction resistance is exceeded. Moreover, the FBSC promotes accelerated bridge construction by fully exploiting prefabrication, does not raise issues relevant to precast construction tolerances, and allows rapid bridge disassembly to drastically reduce the time needed to replace any deteriorating structural component (e.g., the bridge deck). A series of 11 push-out tests highlight why the novel structural details of the FBSC result in superior shear load-slip displacement behavior compared to welded shear studs. The paper also quantifies the effects of bolt diameter and bolt preload and presents a design equation to predict the shear resistance of the FBSC.
Fan, Yingfang;Hu, Zhiqiang;Luan, Haiyang;Wang, Dawei;Chen, An
Structural Engineering and Mechanics
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v.52
no.1
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pp.35-49
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2014
This paper studies the behaviour of deteriorated reinforced concrete (RC) beams attacked by various forms of simulated acid rain. An artificial rainfall simulator was firstly designed and evaluated. Eleven RC beams ($120mm{\times}200mm{\times}1800mm$) were then constructed in the laboratory. Among them, one was acting as a reference beam and the others were subjected to three accelerated corrosion methods, including immersion, wetting-drying, and artificial rainfall methods, to simulate the attack of real acid rain. Acid solutions with pH levels of 1.5 and 2.5 were considered. Next, ultrasonic, scanning electron microscopy (SEM), dynamic, and three-point bending tests were performed to investigate the mechanical properties of concrete and flexural behaviour of the RC beams. It can be concluded that the designed artificial simulator can be effectively used to simulate the real acid rainfall. Both the immersion and wetting-drying methods magnify the effects of the real acid rainfall on the RC beams.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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