Up to now, Japan has more than 200 corrugated steel web composite beam bridges which are under construction and have been constructed, and China has more than 30 corrugated steel web composite beam bridges. The bridge type includes the simply supported beam, continuous beam, continuous rigid frame and cable stayed bridge etc. The section form has developed to the single box and multi-cell box girder from the original single box and single chamber. From the stress performance and cost saving, the span range of 50~150 m is the most competitive. At present, the design mostly adopts the computational analytical method combining the spatial bar system model, plane beam grillage model and solid model. However, the spatial bar system model is short of the refinement analysis on the space effect, such as the shear lag effect, effective distribution width problem, and eccentric load factor problem etc. Due to the similarity of the plane beam grillage method in the equivalence principle, it cannot accurately reflect the shearing stress distribution and local stress of the top and bottom plates of the box type composite beam. The solid model is very difficult to combine with the overall calculation. Moreover, the spatial grid model can achieve the refinement analysis, with the integrity of the analysis and the comprehensiveness of the stress checking calculation, and can make up the deficiency of the analytical method currently. Through the example verification of the solid model and spatial grid model, it can be seen that the calculation results for the stress and the displacement of two models are almost consistent, indicating the applicability and precision of the spatial grid model.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2003.04a
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pp.61-64
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2003
The finite element method based on the refined beam theory is applied to the vibration problem of rotation composite box beams. The present beam model includes a number of non-classical structural effects such as transverse shear, warping deformations, geometric non-linearities. The nonlinear finite element equations of motion are obtained from Hamilton's principle. Vibration characteristics versus various parameters such as ply angle, collective pitch angle, pretwist and precone are investigated for rotation box ben and relevant conclusions are outlined.
The lightweight superstructure is beneficial for bridges in remote areas and emergency erection. In such weight-sensitive applications, the combination of fiber-reinforced polymer (FRP) as a material and box-beams as a structural system have enormous scope. This combination offers various advantages, but as a thin-walled structure, their designs are often governed by buckling criteria. FRP box-beams lose their stability either by flange or web buckling mode. In this paper, the web buckling behavior of simply supported FRP box-beam subjected to transverse load has been studied by modeling full box-beam to consider the effect of real state of stress (stress variation in length direction) and boundary conditions (rotational restraint at web-flange junction). A parametric study by varying the sectional geometry and fiber orientation is carried out by using ANSYS software. The accuracy of the FE models was ensured by verifying them against the available results provided in the literature. With the help of developed database the influential parameters (i.e., αs, βw, δw and γ) affecting the web bucklings are identified. Design trends have been developed which will be helpful to the designers in the preliminary stage. Finally, the importance of governing parameters and design trends are demonstrated through pedestrian bridge design.
Gil, Heung Bae;Jang, Gab Chul;Kang, Sang Gyu;Lee, Il Keun
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.29
no.3A
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pp.227-234
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2009
Recently, a knee brace is usually installed in connection between cross-beam and main-girder of steel box-girder bridges. The knee brace is installed as a structural stiffener and mainly aims to relieve stress at joints and to prevent main-girder from lateral deformation. However, research on the knee brace is insufficient to obviously evaluate the necessity. The stiffened effect of knee brace is determined by using finite element analyses. Stress distribution, stress level of members and deflection of the cross-beam are evaluated by parametric FE analysis for the installation of knee brace and the depth ratio of cross-beam/steel box girder. It is seen from comparison of numerical analysis results that the knee brace installed in cross-beam of steel boxgirders bridges is not efficient as a structural stiffener with respect to stress relief and stiffened effect.
To study the mechanical performances of prestressed steel-concrete composite box beam under combination of bending-shear-torsion, nine composite beams with different ratio of torsion to bending were designed. Torsion was applied to the free end of the beam with jacks controlled accurately with peripherals, as well as concentrated force on the mid-span with jacks. Based on experimental data and relative theories, mechanical properties of composite beams were analyzed, including torsional angle, deformation and failure patterns. The results showed that under certain ratio of torsion to bending, cracking and ultimate torsion increased and reached to its maximum at the ratio of 2. Three phases of process is also discussed, as well as the conditions of each failure mode.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2002.04a
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pp.43-50
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2002
Main goal of this study is to develop MATLAB programming for exact analysis of distortional deformation of the straight box girder. For this purpose, a theory for distortional deformation theory is firstly summarized and then a BEF (Beam on Elastic Foundation) theory is presented using analogy of the corresponding variables. Finally, the governing equation of the beam-column element on elastic foundation is derived. An element stiffness matrix of the beam element is established via a generalized linear eigenvalue problem. In order to verify the efficiency and accuracy of the element using exact dynamic stiffness matrix, buckling loads for the continuous beam structures with elastic foundation and distortional deformations of box girders are calculated.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.3
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pp.615-622
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1995
It may be inefficient to conduct the aeroelastic analysis by using full-scale conventional finite-element analyses or experiments, from the initial design phase, for an aircraft wing which can be considered as the discontinuum complex structure with composite laminated skins. In this paper, therefore more efficient aeroelastic analysis has been conducted for a box-beam typed aircraft wing by using the equivalent continuum beam-rod model which is derived from the concept of energy equivalence. Equivalent structural properties of the continuum beam-rod model are obtained from the direct comparison of the finite-element matrices of continuum beam-rod model with those of box-beam typed aircraft wing. Numerical results by the continuum beam-rod model approach are compared with those by the conventional finite-element analysis approach to show that the continuum beam-rod model proposed herein is quite satisfactory as a simplified model of aircraft wing structure for aeroelastic analyses.
Mechanic behavior of Y-shape thin-walled box girder bridge structure is complex, so one can not exactly hold the mechanical behavior of the Y-shape thin-walled box girder bridge structure through general calculation theory and analytical method. To hold the mechanical behavior better, based on elementary beam theory, by increasing the degree of freedom analytical method, taking account of restrained torsiondistortion angledistortion warp and shearing lag effect at the same time, authors obtain a thin-walled box beam analytical element of 10 degrees of freedom of every node, derive stiffness matrix of the element, and code a finite element procedure. In addition, authors combine the obtained procedure with spatial grillage analytical method, meanwhile, they build a new analytical method that is the spatial thin-walled box girder element grillage analysis method. In order to validate the precision of the obtained analysis method, authors analyze a type Y-shape thin-walled box girder bridge structure according to the elementary beam theory analytical method, the shell theory analytical method and the spatial thin-walled box girder element grillage analysis method respectively. At last, authors test a type Y-shape thin-walled box girder bridge structure. Comparisons of the results of theory analysis with the experimental text show that the spatial thin-walled box girder element grillage analysis method is simple and exact. The research results are helpful for the knowledge of the mechanics property of these Y-shape thin-walled box girder bridge structures.
In the present work, a linear static analysis is presented for thin-walled prismatic box-beams made of generally anisotropic materials. A mixed beam theory has been used to model and carry out the analysis. Several different constitutive assumptions for the shell-wall of the beam section are assessed into the beam formulation. Simple layup cases of box-beams representing bending-torsion or extension-torsion coupled configuration have been considered and tested to clearly show the effects of elastic couplings of the beam. A detailed finite element structural analysis using the MSC/NASTRAN has been carried out to validate the current analytical results. Numerical results show that appropriate assumptions for the constitutive relations are important and crucial for the accurate prediction of beam stiffness constants and also thor the beam behavior.
In this paper, the results of monotonic loading analysis with four steel models and one composite model were shown. The effect that moment transfer efficiency of a web and strain concentration at a steel beam-to-column connections was investigated. Analysis results showed that the moment transfer efficiency of the analytical model with box-column was poor when comparing to model with H-column due to out-of-plane deformation of the box-column flange. The presence of scallop, thin plate of box column and floor slabs was also a reason of the decrease of moment transfer efficiency, which would result in a potential fracture of the steel beam-to-column connections. Analytical results were compared with experimental results based on previous test. As a result, the deformation capacity of connections with a box-column or a floor slab decreased due to the poor moment transfer efficiency and the strain concentration of beam flange in the vicinity of the steel beam-to-column connections based on the experimental data.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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