This paper presents the simplified but more rational analysis method for the prediction of additional internal forces induced in integral abutment bridges. These internal forces depend upon the degree of restraint provided tc the deck by the backfill soil adjacent to the abutments and piles. In addition, effect of the relative flexural stiffness ratio among pile foundations, abutment, and superstructure on the structural behavior is also an important factor. The first part of the paper develops the stiffness matrices, written in terms of the soil stiffness, for the lateral and rotational restraints provided by the backfill soil adjacent to the abutment. The finite difference analysis is conducted and it is confirmed that the results are agreed well with the predictions obtained by the proposed method. The simplified spring model is used in the parametric study on the behavior of simple span and multi-span continuous integral abutment PSC beam bridges in which the abutment height and the flexural rigidity of piles are varied. These results are compared with those obtained by loading Rankine passive earth pressure according to the conventional method. From the results of parametric study, it was shown that the abutment height, the relative flexural rigidity of superstructure and piles, and the earth pressure induced by temperature change greatly affect the overall structural response of the bridge system. It may be possible to obtain more rational and economical designs for integral abutment bridges by the proposed method.
For high-speed railways (HSR) in wind prone regions, wind barriers are often installed on bridges to ensure the running safety of trains. This paper analyzes the effect of wind barriers on the running safety of a high-speed train to cross winds when it passes on a bridge. Two simply-supported (S-S) PC bridges in China, one with 32 m box beams and the other with 16 m trough beams, are selected to perform the dynamic analyses. The bridges are modeled by 3-D finite elements and each vehicle in a train by a multi-rigid-body system connected with suspension springs and dashpots. The wind excitations on the train vehicles and the bridges are numerically simulated, using the static tri-component coefficients obtained from a wind tunnel test, taking into account the effects of wind barriers, train speed and the spatial correlation with wind forces on the deck. The whole histories of a train passing over the two bridges under strong cross winds are simulated and compared, considering variations of wind velocities, train speeds and without or with wind barriers. The threshold curves of wind velocity for train running safety on the two bridges are compared, from which the windbreak effect of the wind barrier are evaluated, based on which a beam structure with better performance is recommended.
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.
Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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v.10
no.6
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pp.17-25
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2010
This paper studied on stability of the U-channel segmental concrete bridge under vehicle-impact loads. The U-channel bridge has advantages in that it reduces an additional dead load and the edge beams role as a barrier. But it has a dangerous factor which collapses the bridge structure when the edge beams are ruptured. Therefore, it is necessary to verify behaviors of the bridge system under vehicle-impact loads. Static and dynamic vehicle impact simulations were carried out on the basis of AASHTO LRFD design specifications. In case of the static analysis, equivalent static loads specified in the AASHTO codes are loaded on the edge beams and in case of the dynamic analysis, FEM vehicle models are modeled by applying the dynamic test specifications of AASHTO codes. As a result, it is shown that U-channel bridge system has sufficient safety against static and dynamic impact loads specified in the AASHTO LRFD design specifications.
Installing the temporary bridge after excavating the railway requires installing movable cross beam, but as it doesn't requires isolating the catenary or cutting the rail, it's applicable to double-track with frequent operation. In this study, a displacement meter was placed on temporary bridge to monitor the displacement pattern in curve section (R400) completed using temporary bridge method, and wheel load, lateral pressure and derailment coefficient were measured to evaluate the load imposed on track and the stability in curve section (R400) for quantitative evaluation of training running safety. As a result of the measurement, when trains passing over a temporary bridge, the maximum value of Wheel load and Lateral Force is analyzed as the 51% and 81% of standard level according to foreign country's performance tests, There is no trouble with stability analysis in Wheel load and Lateral Force occurring. Additionally, Wheel load and Lateral Force considered as the safety standard are tested 49% of limiting value regardless of trains, which the norm value quite well, there is no problem with train running.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.17
no.6
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pp.50-60
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2013
Dynamic response of steel plate girder bridges by KL-510 design truck in KHBDC considering the road surface roughness of bridges and bridge-vehicle interaction is investigated. Simply supported steel plate girder bridges with span length of 20m, 30m, and 40m from "Standard Highway Bridge Superstructure" published by the Korean Ministry of Construction are used for a bridge model, and ten sets of the road surface roughness of bridge deck are generated from power spectral density (PSD) function by assuming the roadway as "Average Road". A three dimensionally modeled 5-axle tractor-trailer with its gross weight, which is the same as that of KL-510 design truck, is used for dynamic analysis. For the finite element modeling of superstructure, beam element for the main girder, shell element for the concrete deck, and rigid link between main girder and concrete deck are used. Impact factor and DLA of steel plate girder bridges for different span are calculated by the proposed numerical analysis model and compared with those specified by several bridge codes.
During the last two decades, much joint research regarding vibration based methods has been done, leading to developing various algorithms and techniques. These algorithms and techniques can be divided into modal methods and signal methods. Although modal methods have been widely used for health monitoring and damage detection, signal methods due to higher efficiency have received considerable attention in various fields, including aerospace, mechanical and civil engineering. Signal-based methods are derived directly from the recorded responses through signal processing algorithms to detect damage. According to different signal processing techniques, signal-based methods can be divided into three categories including time domain methods, frequency domain methods, and time-frequency domain methods. The frequency domain methods are well-known and interest in using them has increased in recent years. To determine dynamic behaviours, to identify systems and to detect damages of bridges, different methods and algorithms have been proposed by researchers. In this study, a new algorithm to detect seismic damage in the bridge's piers is suggested. To evaluate the algorithm, an analytical model of a bridge with simple spans is used. Based on the algorithm, before and after damage, the bridge is excited by a sine force, and the piers' responses are measured. The dynamic specifications of the bridge are extracted by Power Spectral Density function. In addition, the Least Square Method is used to detect damage in the bridge's piers. The results indicate that the proposed algorithm can identify the seismic damage effectively. The algorithm is output-only method and measuring the excitation force is not needed. Moreover, the proposed approach does not need numerical models.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.6A
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pp.989-999
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2006
In this paper, numerical analysis method to perform linear dynamic analysis of bridge considering the road surface roughness and bridge-vehicle interaction when vehicle is moving on bridge is presented. The vehicle and bridge are modeled as three-dimension where contact length of tire and pitching of tandem spring are considered and single truck with 2-axles and 3- axles, and tractor-trailer with 5-axles are modeled as 7-D.O.F., 8-D.O.F., and 14-D.O.F., respectively. Dynamic equations of vehicle are derived from the Lagrange's equation and solution of the equation is obtained by Newmark-${\beta}$ method. The surface roughness of bridge deck for this analysis is generated from power spectral density (PSD) function. Beam element for the main girder, shell element for concrete deck and rigid link between main girder and concrete deck are used. The equations of the motion of bridges are solved by mode-superposition procedures. The proposed procedure is validated by comparing the results with the experimental data by Whittemore and Fenves.
In order to make the dynamic analysis and design of improved composite beam with corrugated steel web (CBGSCC) bridge more efficient and economical, the parametric self-cyclic analysis model (SCAM) was written in Python on Anaconda platform. The SCAM can call ABAQUS finite element software to realize automatic modeling and dynamic analysis. For the CBGSCC bridge, parameters were set according to the general value range of CBGSCC bridge parameters in actual engineering, the SCAM was used to calculate the large sample model generated by parameter coupling, the optimal value range of each parameter was determined, and the sensitivity of the parameters was analyzed. The number of diaphragms effects weakly on the dynamic characteristics. The deck thickness has the greatest influence on frequency, which decreases as the deck thickness increases, and the deck thickness should be 20-25 cm. The vibration frequency increases with the increase of the bottom plate thickness, the web thickness, and the web height, the bottom plate thickness should be 17-23mm, the web thickness should be 13-17 mm, and the web height should be 1.65-1.7 5 m. Web inclination and Skew Angle should not exceed 30°, and the number of diaphragms should be 3-5 pieces. This method can be used as a new method for structural dynamic analysis, and the importance degree and optimal value range of each parameter of CBGSCC bridge can be used as a reference in the design process.
Monorail System has many advantages compared with other Urban Lightweight Transit Systems, such as the friendliness of the vehicle's appearance, slenderness of the bridge structures, it's low construction cost and short construction period. So, lots of city governments have reviewed or proposed the Monorail System as the attractive alternative system. And recently, Daegu Metropolitan City Government have chosen the Monorail System for the Urban Railroad Line 3. According to these trends on Urban Lightweight Transit Systems, this paper has introduced the outline of the planning and design of Monorail Bridges. At first, trends of overseas Monorail Bridges have been reviewed and the principal design criteria adopted in the basic design of the Urban Railroad Line 3 for Daegu have been introduced. And next, the methods of planning, design, fabrication of the guideway beams which are made of PSC Beam or Steel Beam have been explained. We hope this paper be helpful for the Engineers who are interested in the Monorail Bridges.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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