2-edge box girder bridges have been widely used in civil engineering practice. However, these bridges show weakness in aerodynamic stability. To overcome this weakness, additional attachments, such as fairing and flap, are usually used. These additional attachments can increase the cost and decrease the constructability. Some previous researchers suggested an aerodynamically stabilized 2-edge box girder section, giving a slope to the edge box instead of installing additional attachments. However, their studies are limited to only dynamic stability, even though static aerodynamic coefficients are as important as dynamic stability. In this study, focus was given to the evaluation of static aerodynamic response for a stabilized 2-edge box girder section. For this, the slopes of the edge box were varied from $0^{\circ}$ to $17^{\circ}$ and static coefficients were obtained through a series of wind tunnel tests. The results were then compared with those from computational fluid dynamics (CFD) analysis. From the results, it was found that the drag coefficients generally decreased with the increasing box slope angle, except for the specific box slope range. This range of box slope varied depending on the B/H ratio, and this should be avoided for the practical design of such a bridge, since it results in poor static aerodynamic response.
Kwak, Hyo Gyoung;Seo, Young Jae;Jung, Chan Mook;Park, Young Ha
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.12
no.2
s.45
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pp.123-131
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2000
In this study, both experimental and analytical study for behavior of the existing composite steel box girder bridges, constructed along with the procedure of continuous placing slab, are conducted to establish the validity of the proposed model. The layer approach is adopted to determine the equilibrium condition in a section to consider the different material properties and concrete cracking across the sectional depth, and the beam element stiffness is constructed on the basis of the assumed displacement field formulation and the 3-points Gaussian Integration. In addition, the effects of creep and shrinkage of concrete for time-dependent behavior of the bridge are taken into consideration. Finally, both analytical and experimental results are compared.
This paper presents the dynamical responses of the plate girder bridge subjected to moving load by experimental method. The upper slab of the plate girder bridges is modelled to the plate element and the girder to the beam element. The small-scaled vehicle model is manufactured as moving load and the acryl-bridge model as the plate-girder bridge. The dynamic responses of the plate-girder bridges under the moving load are obtained by the strain gauges, displacement measurements, accelerometer, and dynamic strain measurement. The maximum dynamic responses from the measured data are compared with those from the finite element method. The experimental model test can be used to obtain to the dynamic responses of the plate-girder bridges.
Input excitation and output response of structure are needed in conventional modal analysis methods. However, input excitation is often difficult to be obtained in the dynamic load test of bridge structures. Therefore, what attracts engineers' attention is how to get dynamic parameters from the output response. In this paper, a structural experimental modal analysis method is introduced, which can be used to conveniently obtain dynamic parameters of the structure from the free decay response. With known damping coefficients, this analysis method can be used to identify the natural frequencies and the mode shapes of MDOF structures. Based on the modal analysis theory, the mathematical relationship of damping ratio and frequency is obtained. By using this mathematical relationship to improve the previous method, an improved experimental modal analysis method is proposed in this paper. This improved method can overcome the deficiencies of the previous method, which can not identify damping ratios and requires damping coefficients in advance. Additionally, this improved method can also identify the natural frequencies, mode shapes and damping ratios of the bridge only from the free decay response, and ensure the stability of identification process by using modern mathematical means. Finally, the feasibility and effectiveness of this method are demonstrated by a numerical example of a simply supported reinforced concrete beam.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.11
no.7
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pp.2702-2707
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2010
The load distribution factor (LDF) values of new composite I-beam panel bridges that were subjected to dead load were investigated using three-dimensional finite element analyses with the computer program ABAQUS(2007). This study considered some design parameters such as the slab thickness, the steel-plate thickness, and the span length for design of new composite bridges. The distribution values that were obtained from these analyses were compared with those from the AASHTO Standard, AASHTO LRFD, and the equations presented by Tarhini and Frederick, and Back and Shin. For the simple application of the design, bridge engineers can use the LDF of 0.67 for the exterior girder and of 0.340 for the interior girder.
This paper attempts to develop the analytical model of estimating the fatigue damage using a linear elastic fracture mechanics method. The stress history on a welding member, when a truck passed over a bridge, was defined as a block loading and the crack closure theory was used. These theories explain the influence of a load on a structure. This study undertook an analysis of the stress range frequency considering both dead load stress and crack opening stress. A probability method applied to stress range frequency distribution and the probability distribution parameters of it was obtained by Maximum likelihood Method and Determinant. Monte Carlo Simulation which generates a probability variants (stress range) output failure block loadings. The probability distribution of failure block loadings was acquired by Maximum likelihood Method and Determinant. This can calculate the fatigue reliability preventing the fatigue failure of a welding member. The failure block loading divided by the average daily truck traffic is a predictive remaining life by a day. Fatigue reliability analysis was carried out for the welding member of the bottom flange of a cross beam and the vertical stiffener of a steel box bridge by the proposed model. Results showed that the primary factor effecting failure time was crack opening stress. It was important to decide the crack opening stress for using the proposed model. Also according to the 50% reliability and 90%, 99.9% failure times were indicated.
To increase the demand of HR Plate with thickness up to 22mm, it is necessary that HR Plate is applicable to full member in steel bridge including main girder. In this study, availabilities of the narrow steel box girder of light railway transit with HR Plate width as a main member are discussed. Computational analysis is performed in 15 bridge models of light railway transit with beam element and plate element. As an analysis results, three models in tight railway transit are presented. In conclusion, it is validated that HR Plate can be applying to narrow steel box girder in the light railway transit.
Lou, Tiejiong;Wu, Sishun;Karavasilis, Theodore L.;Chen, Bo
Steel and Composite Structures
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v.39
no.1
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pp.21-33
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2021
This paper aims to improve the current state-of-the-art in long-term deflection prediction in steel-concrete composite beams. The efficiency of a time-dependent finite element model based on linear creep theory is verified with available experimental data. A parametric numerical study is then carried out, which focuses on the effects of concrete creep and/or shrinkage, ultimate shrinkage strain and reinforcing bars in the slab. The study shows that the long-term deformations in composite beams are dominated by concrete shrinkage and that a higher area of reinforcing bars leads to lower long-term deformations and steel stresses. The AISC model appears to overestimate the shrinkage-induced deflection. A modified ACI equation is proposed to quantify time-dependent deflections in composite beams. In particular, a modified reduction factor reflecting the influence of reinforcing bars and a coefficient reflecting the influence of ultimate shrinkage are introduced in the proposed equation. The long-term deflections predicted by this equation and the results of extensive numerical analyses are found to be in good agreement.
In structural engineering, the material properties of the structures such as elastic modulus, shear modulus, density, and size may not be deterministic and may vary at different locations. The dynamic response analysis of such structures may need to consider these properties as stochastic. This paper introduces a stochastic finite element method (SFEM) approach to analyze moving loads problems. Firstly, Karhunen-Loéve expansion (KLE) is applied for expressing the stochastic field of material properties. Then the mathematical expression of the random field is substituted into the finite element model to formulate the corresponding random matrix. Finally, the statistical moment of the dynamic response is calculated by the point estimation method (PEM). The accuracy and efficiency of the dynamic response obtained from the KLE-PEM are demonstrated by the example of a moving load passing through a simply supported Euler-Bernoulli beam, in which the material properties (including elastic modulus and density) are considered as random fields. The results from the KLE-PEM are compared with those from the Monte Carlo simulation. The results demonstrate that the proposed method of KLE-PEM has high accuracy and efficiency. By using the proposed SFEM, the random vertical deflection of a high-speed railway (HSR) bridge is analyzed by considering the random fields of material properties under the moving load of a train.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.12
no.6
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pp.205-213
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2008
The structure of PSC box girder with FRP strut has a form of supporting the cantilever part in the widened upper slab by modifying the existing PSC box girder efficiently, and it is able to build an economical and aesthetically pleasing bridge as it reduces the size of the lower structure by reducing the self-weight of the upper structure. In this research, loading test of PSC Box Girder using full-scale mock-up was conducted and FEM analysis was performed. By comparing results, structural safety of the FRP strut and the upper slab following application of the strut in the PSC Box Girder Bridge were evaluated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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