Rapid construction of prefabricated bridges requires minimizing the field work of precast members and ensuring structural stability and constructability. In this study, we conducted experimental and analytical investigations of transverse joints of prefabricated T-girder bridge superstructures to verify the flexural performance and serviceability. In addition, we conducted parametric studies to identify the joint parameters. The results showed that both the segmented and continuous specimens satisfied the ultimate flexural strength criterion, and the segmented specimen exhibited unified behavior, with the flexural strength corresponding to that of the continuous specimen. The segmented specimens exhibited elastic behavior under service load conditions, and the maximum crack width satisfied the acceptance criteria. The reliability of the finite element model of the joint was verified, and parametric analysis of the convexity of the joint section and the compressive strength of the filler concrete showed that the minimum deflection and crack width occurred at a specific angle. As the strength of the filler concrete increased, the deflection and crack width decreased. However, we confirmed that the reduction in the crack width was hardly observed above a specific strength. Therefore, a design suitable for prefabricated bridges and accelerated construction can be achieved by improving the joint specifications based on the required criteria.
Shape Memory Alloys (SMAs) are unique materials with a paramount potential for various applications in bridges. The novelty of this material lies in its ability to undergo large deformations and return to its undeformed shape through stress removal (superelasticity) or heating (shape memory effect). In particular, Ni-Ti alloys have distinct thermomechanical properties including superelasticity, shape memory effect, and hysteretic damping. SMA along with sensing devices can be effectively used to construct smart Reinforced Concrete (RC) bridges that can detect and repair damage, and adapt to changes in the loading conditions. SMA can also be used to retrofit existing deficient bridges. This includes the use of external post-tensioning, dampers, isolators and/or restrainers. This paper critically examines the fundamental characteristics of SMA and available sensing devices emphasizing the factors that control their properties. Existing SMA models are discussed and the application of one of the models to analyze a bridge pier is presented. SMA applications in the construction of smart bridge structures are discussed. Future trends and methods to achieve smart bridges are also proposed.
In this paper, a probabilistic- and finite element-based approach to evaluate and predict the lifetime performance of reinforced concrete (RC) bridges undergoing various maintenance actions is proposed with the time-variant system reliability being utilized as a performance indicator. Depending on their structural state during the degradation process, the classical maintenance actions for RC bridges are firstly categorized into four types: Preventive type I, Preventive type II, Strengthening and Replacement. Preventive type I is used to delay the onset of steel corrosion, Preventive type II can suppress the corrosion process of reinforcing steel, Strengthening is the application of various maintenance materials to improve the structural performance and Replacement is performed to restore the individual components or overall structure to their original conditions. The quantitative influence of these maintenance types on structural performance is investigated and the respective analysis modules are written and inputted into the computer program. Accordingly, the time-variant system reliability can be calculated by the use of Monte Carlo simulations and the updated the program. Finally, an existing RC continuous bridge located in Shanghai, China, is used as an illustrative example and the lifetime structural performance with and without each of the maintenance types are discussed. It is felt that the proposed approach can be applied to various RC bridges with different structural configurations, construction methods and environmental conditions.
This paper investigates the change of structural characteristics of steel cable-stayed bridges after cable failure. Cables, considered as the intermediate supports of cable-stayed bridges, can break or fail for several reasons, such as fire, direct vehicle clash accident, extreme weather conditions, and fatigue of cable or anchorage. Also, the replacement of cables can cause temporary disconnection. Because of the structural characteristics with various geometric nonlinearities of cable-stayed bridges, cable failure may cause significant change to the structural state and ultimate behavior. Until now, the characteristics of structural behavior after cable failure have rarely been studied. In this study, rational cable failure analysis is suggested to trace the new equilibrium with structural configuration after the cable failure. Also, the sequence of ultimate analysis for the structure that suffers cable failure is suggested, to study the change of ultimate behavior and load carrying capacity under specific live load conditions. Using these analysis methods, the statical behavior after individual cable failure is studied based on the change of structural configuration, and distribution of internal forces. Also, the change of the ultimate behavior and load carrying capacity under specific live load conditions is investigated, using the proposed analysis method. According to the study, significant change of the statical behavior and ultimate capacity occurs although just one cable fails.
Traffic decks of steel or composite motorway bridges sometimes provide the opportunity of using the composite action between an existing steel deck and a reinforced concrete plate (RC plate) in the process of rehabilitation, i.e., to increase the load-carrying capacity of the deck for concentrated traffic loads. The steel decks may be orthotropic decks or also unstiffened steel plates, which during the rehabilitation are connected with the RC plate by shear studs, such developing an improved local load distribution by the joint behaviour of the two plate elements. Investigations carried out, both experimentally and numerically, were performed in order to quantitatively assess the combined static behaviour and to qualitatively verify the usability of the structure for dynamic loading. The paper reports on the testing, the numerical simulation as well as the comparison of the results. Conclusions drawn for practical design indicated that the static behaviour of these structures may be very efficient and can also be analysed numerically. Further, the results gave evidence of a highly robust behaviour under fatigue equivalent cyclic traffic loading.
It is very common to find an empirical formulation in an earthquake design code to calculate fundamental vibration period of a structural system. Fundamental vibration period or frequency is a key parameter to provide adequate information pertinent to dynamic characteristics and performance assessment of a structure. This parameter enables to assess seismic demand of a structure. It is possible to find an empirical formulation related to reinforced concrete structures, masonry towers and slender masonry structures. Calculated natural vibration frequencies suggested by empirical formulation in the literatures has not suits in a high accuracy to the case of rest of the historical masonry bridges due to different construction techniques and wide variety of material properties. For the listed reasons, estimation of fundamental frequency gets harder. This paper aims to present an empirical formulation through Mean Square Error study to find ambient vibration frequency of historical masonry bridges by using a non-linear regression model. For this purpose, a series of data collected from literature especially focused on the finite element models of historical masonry bridges modelled in a full scale to get first global natural frequency, unit weight and elasticity modulus of used dominant material based on homogenization approach, length, height and width of the masonry bridge and main span length were considered to predict natural vibration frequency. An empirical formulation is proposed with 81% accuracy. Also, this study draw attention that this accuracy decreases to 35%, if the modulus of elasticity and unit weight are ignored.
Nguyen, Dinh Hung;Vu, Hong Nghiep;Nguyen, Thac Quang
Computers and Concrete
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v.29
no.3
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pp.161-168
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2022
Bridges using double-tee (DT) girders from 12 m to 15 m are one of the good choices to improve accessibility in rural areas of the Mekong River Delta. In this study, nonlinear finite element method (FEM) analysis was conducted with different constitutive laws of materials. The FEM analysis results were compared to experimental results to confirm the applicability of the constitutive laws of materials for DT girders. A parametric study through FEM analysis was then conducted to investigate the effect of span lengths, top flange depths, and a number of prestressing tendons on the capacity of DT girders in order that propose DT girders for rural bridges. Parametric results showed that the top flange depth of a DT girder for rural bridges could be 120 mm. The DT girder with a span length of 12 m or 13 m could be used 16 tendons, while the DT girder with a span length of 14 m or 15 m could be set up with 20 tendons. The prestressed concrete DT girders based on FEM results can be suggested for the construction of rural bridges.
Rincon, Luis F.;Viviescas, Alvaro;Osorio, Edison;Riveros-Jerez, Carlos A.;Lozano-Galant, Jose Antonio
Computers and Concrete
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v.28
no.5
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pp.487-495
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2021
The use of prestressed concrete box girder bridges built by segmentally balanced cantilevers has bloomed in the last decades due to its significant structural and construction advantages in complex topographies. In Colombia, this typology is the most common solution for structures with spans ranging of 80-200 m. Despite its popularity, excessive deflections in bridges worldwide evidenced that time-dependent effects were underestimated. This problem has led to the constant updating of the creep and shrinkage models in international code standards. Differences observed between design processes of box girder bridges of the Colombian code and Eurocode, led to the need for a validation of in-service status of these structures. This study analyzes the long-term behavior of the Tablazo bridge with data scarcity. The measured leveling of this structure is compared with a finite-element model that consider the most widely used creep and shrinkage models in the literature. Finally, an adjusted model evidence excessive deflection on the bridge after six years. Monitoring of this bridge typology in Colombia and updating of the current design code is recommended.
Box girder bridges are now widely used in bridge construction, and it is necessary to perform load rating regularly to evaluate the load capacity of box girder bridges. Load testing is a common measure for load rating. However, the bridge must be loaded by many trucks under different loading conditions, which is time-consuming and laborious. To solve this problem, this paper proposes a load rating method for box girder bridges based on rapid moving loads testing. The method includes three steps. First, the quasi-influence factors of the bridge are obtained by crossing the bridge with rapidly moving loads, and the structural modal parameters are simultaneously obtained from the dynamic data to supplement. Second, an objective function is constructed, consisting of the quasi-influence factors at several measurement points and structural modal parameters. The finite element model for load rating is then updated based on the Rosenbrock method. Third, on this basis, a load rating method is proposed using the updated model. The load rating method proposed in this paper can considerably reduce the time duration of traditional static load testing and effectively utilize the dynamic and static properties of box girder bridges to obtain an accurate finite element model. The load capacity obtained based on the updated model can avoid the inconsistency of the evaluation results for the different structural members using the adjustment factors specified in codes.
study deals with the reliability assesment for the 5-year phases of a suspension bridge construction in Korea. The main objectives of this study are; (1) the evaluation of the reliability of a suspension bridge by considering an ultimate limit state for the fracture of main cable wires, (2) the determination of the critical phases among 28 construction stages for the deck erection, and (3) the evaluation of the reliability of the limit state for the erection control during construction stages. The research and the design of the suspension bridge have been focused on the state of construction mainly based on empirical data. Based on the recent survey of the distribution of accidents in Korean railways, over 80% of the accidents related to the uncertainties in human error, planning, design, materials and loads during construction have ben reported before the completion of construction. While many researches have evaluated the safety of bridges, the uncertainties in the construction phases have not been well treated in a guidelines or a specifications. An improved adaptive response surface method is used for the risk assessment in the construction phases of the target suspension bridge.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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