It is shown that topology optimization is a valuable tool for the design of bridge girders. This paper is a follow-up to (Kuty${\l}$owski and Rasiak 2014) and it includes an analysis of truss members' outer dimensions dictated by the standards. Moreover, a frame bridge girder mapped from a selected topology is compared with a typical frame girder on the basis of (Kuty${\l}$owski and Rasiak 2014). The analysis shows that topology optimization by means of the proposed algorithm yields a topology from which one can map a frame bridge girder requiring less material for its construction than the typical frame girder currently used in bridge construction.
The frequencies formulas of the bridge are of great importance in the design process since these formulas provide insight dynamic characteristics of the structure, which guides the designers to parametric analyses and the layout of the bridge in conceptual or preliminary design. Continuous rigid frame bridge is popular in the mountainous area. Mostly, this type of bridge was simplified either as a girder or cantilever when calculating the frequency, however, studies showed that the different configuration of the bridge made the problem more complex, and there is no unified fundamental calculation pattern for this kind of bridge. In this study, an empirical frequency equation is proposed as a function of pier's height, stiffness of pier and the weight of the structure. A unified fundamental frequency formula is presented based on the energy principle, then the typical continuous rigid frame bridge is investigated by finite element method (FEM) to study the dynamic characteristics of the structure, and then several key parameters are investigated on the effect of structural frequency. These parameters include the number, position and stiffness of the tie beam. Nonlinear regression analyses are conducted with a comprehensive statistical study from plenty of engineering structures. Finally, the proposed frequency equation is validated by field test results. The results show that the fundamental frequency of the continuous rigid frame bridge increases more than 15% when the tie beams are set, and it increases with the stiffness ratio of tie beam to pier. The results also show that the presented unified fundamental frequency has an error of 4.6% compared with the measured results. The investigation can predicate the approximate longitudinal fundamental frequency of continuous ridged frame bridge, which can provide reference for the seismic response and dynamic impact factor design of the pier.
We proposed the concept of nominal rigidity of a long-span V-shaped rigid frame composite arch bridge, analyzed the effects of structural parameters on nominal rigidity, and derived a theoretical nominal rigidity equation. In addition, we discussed the selection of the arch-to-beam rigidity ratio and its effect on the distribution of internal forces, and analyzed the influence of the ratio on the internal forces. We determined the delimitation value between rigid arch-flexible beam and flexible arch-rigid beam. We summarized the nominal rigidity and arch to beam rigidity ratios of existing bridges. The results show that (1) rigid arch-flexible beam and flexible arch-rigid beam can be defined by the arch-to-beam rigidity ratio; (2) nominal rigidities have no obvious differences among the continuous rigid frame composite arch bridge, V-shaped rigid frame bridge, and arch bridge, which shows that nominal rigidity can reflect the global stiffness of a structure.
In order to investigate the influences of process parameters on the shape of lead frame, experimental study has been carried out. In the experiment, dimensional accuracy of the die sets, measurement accuracy has been managed carefully enough to simulate actual lead frame blanking process. With the blanking of square-shaped specimen, the effects of clearance, strip holding pressure and bridge width on the shape of blanked profile have been investigated. Experimental results show that the burnish ratio is increased as the clearance decreases. the strip holding pressure increases, and bridge width increases. Although the results seems to be similar to the ordinary blanking, the lead frame blanking shows a subtle different characteristics to the ordinary blanking due to the narrow bridge width.
This study aims towards the improvement of a reinforced concrete rigid-frame bridge in an effort to reduce the construction and maintenance costs, and achieve an improved seismic performance. Correspondingly, a new structural rigid connection is proposed for H-shaped steel girders and reinforcing bars at the corner of the rigid-frame structure. Both experiments and numerical analyses were performed. Prototype models were constructed and subjected to static loading tests to reveal their load-carrying capacity and failure mode. Numerical models were then developed using finite elements to evaluate the experimental results. Analyses elicited good agreement between simulation and experimental data and validated the numerical models. Moreover, the validity of the proposed rigid connection was confirmed, and the failure behavior was clarified. Finally, a full-size model of the reinforced concrete rigid-frame bridge with H-shaped steel girders was constructed and subjected to destructive loading tests to evaluate structural integrity of the proposed rigid connection.
In recent years, various research and developments to introduce composite bridges of new concept have been performed. The types of integral bridge and portal rigid frame bridge are having advantages in bridge maintenance and structural efficiency by eliminating expansion joints and bridge supports. However, the detail of typical girder-abutment connection has problems such as complexity of construction and increase of the construction cost. A new type of bridge, called prestress integral composite girder(PIC girder) bridge, is proposed in this study, which decreases the cost of construction and improves the efficiency of construction by simplifying the detail of construction for girder-abutment connection. PIC girder bridge has the connection detail in which the steel girder and the abutment are integrated by using the PS bar installed in the connection. In this study, finite element analysis and mock-up load test are conducted to evaluate the propriety of design, the effective of fabrication and structural safety for PIC girder bridge. The adequacy of the PIC giredr bridge is verified by the results of static/dynamic load test and finite element analyses.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2002.04a
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pp.99-106
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2002
This paper presents an analytical investigation on the behavior of simple span integral abutment bridge. An integral abutment bridge is a simple span or multiple span continuous deck type bridge having the deck integral with the abutment wall. Although the temperature variation and earth pressure are the major attributor to the total stress in integral abutment bridge, the superstructure has been designed by modeling it as a simple or continuous beam In order to investigate the effect of temperature change and earth pressure on the superstructure of integral bridge, the simple span integral bridge is modeled as a plane frame element. Performing frame analysis, the variations of bending moment and axial force of superstructure due to the various loading combination are investigated with respect to the flexural rigidity of piles, and the bending moment and axial force obtained by frame analysis are compared with the maximum bending moment obtained by conventional design method and initial prestressing force respectively.
Park, Cheol-Yong;Kim, Woong-Hoi;Lee, Sang-Hee;Nam, Seung-Young;Yoon, Gil-Ho
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2019.05a
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pp.59-60
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2019
Thermal bridge on a building envelope causes additional heat loss which increases the heating energy consumption. As the higher building insulation performance is required, heat loss through thermal bridge becomes higher proportion among total building heating energy consumption. For the exterior insulation and finish system, thermal bridge between window frame and concrete wall should be constidered as one of main reasons of heat loss. In this study, the thermal bridge barrier between window frame and concrete wall(STAR) was proposed as the best practice for reducing thermal bridge. The STAR was confirmed that the use of thermal bridge barrier imporved the annual heat energy capacity by 35% or more and the innitial construction cost by 7.4% or less because of additional interior insulation against condensation. Finally the life cycle cost during 20 year by heating energy of a building reduced by 25% or more compared with the exist technology. This STAR thermal bridge barrier will be used as the main technology to improve the energy efficiency of building.
This paper presents the results of an assessment of the seismic fragility of a long, curved multi-frame bridge under multi-support earthquake excitations. To achieve this aim, the numerical model of columns retrofitted with elliptical steel jackets was developed and validated using existing experimental results. A detailed nonlinear numerical model of the bridge that can capture the inelastic response of various components was then created. Using nonlinear time-history analyses for a set of stochastically generated spatially variable ground motions, component demands were derived and then convolved with new capacity-based limit state models to obtain seismic fragility curves. The comparison of failure probabilities obtained from uniform and multi-support excitation analyses revealed that the consideration of spatial variability significantly reduced the median value of fragility curves for most components except for the abutments. This observation indicates that the assumption of uniform motions may considerably underestimate seismic demands. Moreover, the spatial correlation of ground motions resulted in reduced dispersion of demand models that consequently decreased the dispersion of fragility curves for all components. Therefore, the spatial variability of ground motions needs to be considered for reliable assessment of the seismic performance of long multi-frame bridge structures.
Steel stiffener is required for reinforcing the structure of the window frame made of versatile but weak PVC material. Steel stiffener however becomes a source of greater heat loss and frequently plays a role of thermal bridge due to its high thermal conductivity. To maintain thermal resistance similar to PVC frame, steel stiffener is perforated to reduce the effective heat transfer area. To compensate the structural strength of the steel stiffener which is weakened by the perforation, the thickness is increased. Increase in thickness will also increase the thermal heat resistance. Five samples which are PVC frame, PVC frame + original steel stiffener, PVC frame + 30% perforated steel stiffener, PVC frame + 50% perforated steel stiffener, PVC frame + 65% perforated steel stiffener are modeled and simulated for 2nd moment of area and thermal resistance. Therm/window version 6.3 is used for thermal analysis. The results show that among the five samples analyzed, PVC frame + 65% perforated steel stiffener best satisfies both structural strength and thermal resistance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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